ESCUELA SUPERIOR POLITECNlCA DEL LITORAL

Facultad de Ingenieria Mecanica y Ciencia de la

Produccion

"APLICACION DE SOLDADURA HUMEDA, MEDIANTE

SIMULACION DE UN PROCESO DE ELECTRODO REVESTIDO

BAJO AGUA"

Previo a la obtencion del titulo de:

INGENIERO MECANICO

Presentada por:

Paul Anibal Mosquera Martinez

emPoL

Q B I B P O L GUAYAQUIL-ECUADOR

AGRADECIMIENTO

cIB--L A todas las personas

que de uno u otro mod0

colaboraron en la

realizacibn de este

trabajo y especialmente

al Ing. Julian Pefla

Director de Tesis, por

su invaluable ayuda.

DEDICATORIA

A MIS PADRES

TRIBUNAL DE GRADUACION

Ing. Eduardo DECANO

PRESIDEN

Ing. Omar Serrano V. VOCAL

Ing. Julian Peiia E. DIRECTOR DE TESlS

Ing. Andres ~igai l C. VOCAL

DECLARACION EXPRESA

"La responsabilidad de esta Tesis de Grado, me

corresponde exclusivamente; y el patrimonio

intelectual de la misma la ESCUELA SUPERIOR

POLlTECNlCA DEL LITORAL"

(Reglamento de Graduacion de la ESPOL)

Sr Paul Mosquera Martinez

El tema a continuaci6n trata sobre la soldadura h~lmeda mediante el proceso

de electrodo revestido (SMAW), que aunque ha sido muy utilizado en 10s

diferentes trabajos submarinos, ha visto limitado su desarrollo debido a que

esta se ejecuta en un medio tan perjudicial para la soldadura como lo es el

agua, al igual que a las condiciones adversas en la que por lo general deben

ser realizados estos trabajos. Sin embargo desde hace pocos aiios la

soldadura humeda ha evidenciado un creciente desarrollo, product0 del

estudio de aquellos fabricantes responsables en la elaboraci6n de dichos

electrodes, como tambih de la participaci6n activa de 10s diferentes centros

de buceo que se encargan de la preparaci6n del 10s buzos Isoldadores y de

la Sociedad Americana de Soldadura (AWS).

El presente estudio esta conformado por cuatro capitulos, el primer0 abarca

todo lo concerniente a 10s fundamentos de la soldadura humeda, aqui

conoceremos de manera mds detallada el principio de la misma, asi como

tambikn 10s equipos requeridos y consumibles necesarios para este tip0 de

trabajos; adicionalmente se analizardn algunos aspectos metalurgicos

inherente a la soldadura humeda, asi como 10s defedos mas propensos que

han hecho realmente complicado su desarrollo, de igual manera se procede

a realizar una breve iniciaci6n para conocer de mejor forma el c6digo AWS

D3.6M "Especificaci6n de soldadura bajo aguan el mismo que es muy

utilizado en este campo, todo esto acornpanado por las recomendaciones de

seguridad que son importantes considerar cuando un proceso de soldadura

como el electrodo revestido es ejecutado en un medio submarino.

El capitulo dos abarca propiamente la parte experimental donde se describe

10s materiales y equipos a utilizarse al igual que la seleccion de parametros y

condiciones en la que se efectuara la practica, es asi que se procedera

entonces a soldar 6 probetas de 9 mm de espesor de un acero de bajo

carbono en junta a tope y con bisel, la soldadura a utilizar corresponde a la

marca Hydroweld, empresa lider en el desarrollo de electrodos para

soldadura humeda; la posicion a soldar es la 1G (plano); por ser el agua un

medio desfavorable para la soldadura no se procedera a realizar una

variaci6n planificada ni del amperaje, ni de la velocidad de avance para

estudiar el comportamiento de esta, mas bien se buscara trabajar con 10s

parametros mas 6ptimos de tal forma de asegurar la calidad de la misma, y

que Sean estas ligeras variaciones las que nos permitan desarrollar un

estudio. Luego de esto se elaborara la respectiva tabla de datos que estara

conformada por la informaci6n recabada en la pradica, de igual forma 10s

resultados que brindaran 10s ensayos realizados para el mejor entendimiento

de la soldadura humeda son tambih encuadrados en una tabla que se le

llamara tabla de resultados.

Todo lo anterior se convertird en una herramienta de informaci6n que nos

brindara en el capitulo tres la oportunidad de desarrollar diferentes cuadros y

graficos de algunos de estos datos y resultados en comparaci6n con otros,

de tal manera de analizar lo obtenido hasta el momento.

En la parte final del presente trabajo, esto es en el capitulo cuatro, se

emitiran conclusiones sobre la practica que en definitiva permitird conocer de

mejor manera el comportamiento de la soldadura humeda, luego de aquello

se elaboraran las recomendaciones que aportaran con mas ideas orientadas

a brindar mayor informaci6n que esperamos sirvan de ayuda para futuros

trabajos en el campo de la soldadura humeda.

INDICE GENERAL

RESUMEN ....................................................................................... I

INDICE GENERAL ........................................................................... IV

INDICE DE FIGURAS ..................................................................... VI

INDICE DE TABLAS ....................................................................... X

CAPITULO I

1 . PRlNClPlOS DE LA SOLDADURA HUMEDA .............................................. 4

1.1 ANTECEDENTES DE LA SOLDADURA HUMEDA .......................... 4

................................................ 1.2 PRlNClPlOS DE ESTE PROCESO 11

....................................................... 1.3 EQUIPOS Y CONSUMIBLES 17

................................................ 1.3.1 EQUIPOS Y ACCESORIOS 17

1.3.2 ELECTRODOS CONVENCIONALES ................................... -36

1.3.3 ELECTRODOS PARA SOLDADURA HUMEDA ....................... 39

.................................................... 1.4 ASPECTOS METALURGICOS 48

1.4.1 MICROESTRUCTURA DE LA JUNTA SOLDADA .................... 48

............................................. 1 .4.2 DEFECTOS DE SOLDADURA 58

1.5 INICIACI~N Y ASPECTOS RELACIONADOS CON EL c~D IGO

AWS D 3.6 M " ESPECIFICACI~N DE SOLDADURA BAJO

...................................................................................... AGUA -71

............................................................ 1.6 SEGURIDAD BAJO EL AGUA 87

.................................... - 1.7 METODOLOGIA Y sEL E c loN DE VARIABLES 93

CAPITULO 2

2 . EJECUCI~N EXPERIMENTAL DE LA SOLOADURA HUMEDA ................ 107

2.1 MATERIAL A UTILIZAR .............................................................. 110

2.1.1 DESCRIPCI~N DE EQUIPOS ............................................ 110

2.1.2 PROPIEDADES DEL MATERIAL BASE ............................... 117

2.1.3 SOLDABILIDAD ............................................................... 119

2.1.4 MATERIAL DE APORTE ................................................... 121

~ . ~ S E L E C C I ~ N DE PARAMETROS DE SOLDADURA ......................... 123

2.3 ENSAYOS DE SOLDADURA ....................................................... 136

2.3.1 INSPECCION VISUAL ....................................................... 136

2.3.5 ENSAYOS DE TRACCI~N ................................................ 146

2.3.6 ENSAYOS DE DOBLADO .................................................. 151

2.3.7 ENSAYO DE DUREZA ...................................................... 153

CAPITULO 3

3 . ANALISIS DE RESULTADOS .............................................................. 156

CAPITULO 4

4 . CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................... 174

Fig . 1.1

Fig . 1.2

Fig . 1.3

Fig . 1.4

Fig . 1.5

Fig . 1.6

Fig . 1.7

Fig . 1.8

Fig . 1.9

Fig . 1.10

Equipos de buzos de La Segunda Guerra Mundial . Pag . 5

Reparacion de Plataforma Petrolifera decada '60 .............. 6

Plataforma Petrolifera ................................................ 8

Desarrollo de una soldadura seca en tuberia .................. 12

Trabajos de soldadura humeda en una brida ................. 14

Trabajos de soldadura humeda en casco de buque ....... 14

Circuito del proceso en polaridad directa ........................ 17

Fuente de poder de corriente constante ....................... 20

Esquema del circuit0 de corriente de soldadura ............. 22

Porta-electrodo para soldadura humeda ........................ 24

Fig . 1.1 1 Porta- electrodo para soldadura humeda .

Fig . 1.12 lnterruptor de seguridad ......................

Fig . 1.13 Cables electricos para soldadura humed

Fig . 1 . 14 Pinza de tierra para soldadura humeda ......................... 29

Fig . 1.15 Cables umbilicales ..................................................... 30

........................................................... Fig . 1 . 16 Traje de buzo 34

Fig . 1 . 17 Casco y lentes oscuros de proteccion ............................ 35

Fig . 1 . 18 Electrode convencional ............................................... 39

VII

Fig . 1.19 Electrodo para soldadura humeda ............................... 47

Fig . 1.20 Velocidades de enfriamiento del acero

en diferentes medios .................................................... 50

...................... Fig . 1.21 Proceso de solidificacion de la soldadura 52

Fig . 1.22 Celula dendritica del metal soldado .............................. 53

Fig . 1.23 Diagrama Hierro - Carbono y temperatura en

diferentes puntgs de la junta soldadas ......................... 56

... Fig . 1.24 llustracion de la Zona soldada, ZAC y material base -57

Fig . 1.25 Sobre-espesor en junta soldada ................................. 60

...................... Fig . 1.26 Comportamiento de esfuerzos residuales 62

................................................... Fig . 1.27 Porosidad dispersa 65

................................................. Fig . 1.28 Falta de penetracion 65

Fig . 1.29 Socavado lateral en filete ........................................... 66

Fig . 1.30 Curva de solubilidad del hidrogeno ............................. 69

Fig . 1.31 Fisuracion asistida por hidr6geno ............................... 71

........................ Fig . 1.32 Supervision y seguridad en superficie 92

Fig . 2.1 Recipiente diseliado para la practica en Taller ............ 109

Fig . 2.2 Traje de buzo de Neopreno ..................................... 110

Fig . 2.3 Maquina de soldar Lincoln ...................................... 112

Fig . 2.4 lnterruptor de seguridad ........................................ 113

Fig . 2.5 Compresor de pistones .......................................... 114

Fig . 2.6

Fig . 2.7

Fig . 2.8

Fig . 2.9

Fig . 2.1 0

Fig . 2.1 1

Fig . 2.12

Fig . 2.13

Fig . 2.14

Fig . 2.15

Fig . 2.16

Fig . 2.1 7

Fig . 2.18

Fig 2.19

Fig . 2.20

Fig . 2.21

........................ Posicionador de probeta para piscina 115

Recipiente posicionador de taller .............................. 116

Adecuando la posicion a trabajar y conectando

la pieza de tierra .......................................................... 124

Buzo Isoldador se prepara a ejecutar soldadura ........... 124

Vista lateral de ejecucion de soldadura ...................... 125

inicio de arc0 vista posterior ........................................ 125

Ejecucion de la soldadura vista desde superficie ......... 126

Desarrollo de la soldadura desde otra vista .................. 126

Retiro del posicionador una vez ejecutada la

soldadura ....................................................................... -127

Diseiio de junta ......................................................... 129

Probeta 3, ejecutada en taller ........................................ 130

Probeta 4. ejecutada en taller ......................................... 131

Probeta 5. ejecutada en taller .......................................... 131

Probeta 6. ejecutada en taller ....................................... 132

Probeta 7, ejecutada en taller ..................................... 132

Probeta 8, ejecutada en taller ...................................... 133

Fig . 2.22 Muestra de probeta 5 .................................................. 140

Fig . 2.23 Muestra de probeta 7 ........................................................ 140

.................................................. Fig . 2, 24 Muestra de probeta 8 141

Fig . 2.25 Micrografia de la muestra (probeta 8) aumento

Fig . 2.26 Dilucion entre A -B y A-C ................................................ 143

Fig . 2.27 Diagrama Tension-Deformacion .............

Fig . 2.28 Geometria de probeta .........................

Fig . 2.29 Muestra de traccion de probeta 5 ........

........................................ Fig . 2.30 Muestra de doblado probeta 5 151

Fig . 3.1 Probetas de practicas en piscina (inicio y final) ............... 157

Fig . 3.2 Probeta 7 ejecutada en taller ........................................... 159

Fig . 3.3 Perfil de soldadura aceptado para junta a tope ............... 160

Fig . 3.4 Dilucion Vs Calor aportado ............................................ .I69

Fig . 3.5 Dureza Vs . Secci6n transversal de la junta

(muestra de probeta 5) ..................................................... 171

Fig . 3.6 Dureza Vs Secci6n Transversal de la junta

( muestra de probeta 7) ..................................................... 172

Fig . 3.7 Dureza Vs Seccion Transversal de la junta

(muestra de probeta 8) ..................................................... 173

INDICE DE TABLAS

Tabla 1

Tabla 2

Tabla 3

Tabla 4

Tabla 5

Tabla 6

Tabla 7

Tabla 8

Tabla 9

Seleccion del tip0 de cable .............................................. 31

Amperaje utilizado para 601 3 y electrodo especial

.para soldadura humeda 118" ............................................ 48

.................................. Variables de la soldadura h~jrneda -86

Profundidad limite para calificaci6n de soldadura .......... 106

Soldabilidad de 10s aceros .............................................. 118

Composicion quimica del material base ......................... 119

Propiedades mechnicas del metal base .......................... 119

Datos experimentales en piscina .................................... 123

Datos experimentales de taller ...................................... 133

Tabla1 0 Procedimiento de revelado de peliculas ......................... 138

Tabla1 I Porcentaje de dilucion y calor aportado .......................... 145

Tabla12 Resultado de 10s ensayos de traccion ............................ 150

.................................. Tabla1 3 Resultado de ensayo de doblado 152

Tabla 14 Resultado de ensayo de dureza ..................................... 155

Tabla 15 Resultados promedio de practica de taller .................... 158

Tabla 16 Resultados de inspeccion radiografica .......................... 163

Los trabajos de soldadura realizados en aquellos materiales que se

encuentran bajo el agua han representado siempre para el hombre, un

procedimiento altamente costoso que en definitiva ha provocado el

encarecimiento del trabajo e incluso la no ejecucidn de algunos de ellos. Por

todo esto 10s interesados en el tema han volcado su atenci6n a la soldadura

humeda, la misma que permite mayor versatilidad a un costo muy razonable.

La tesis a continuaci6n entonces tratard sobre la soldadura humeda, la

misma que ha sido vista en algunas ocasiones como una soldadura

deficiente y pobre con respecto a la soldadura superficial o conventional,

debido a la presencia de diferentes tipos de defectos como fisuras y poros,

todo esto acompanado de una serie de factores y variables que no est6n

presentes en la soldadura en superficie como lo son la visibilidad, las

corrientes marinas, profundidad y el agua; esta es la raz6n por la que se ha

hecho mucho mds diflcil el desarrollo de cualquier proceso de soldadura en

este medio. Sin embargo han existido procesos de soldadura que han

ayudado a cumplir, a que 10s trabajos bajo agua puedan satisfacer las

exigencias requerida por el fabricante, esta es la soladura seca bajo agua, el

inconveniente se presenta entonces en la versatilidad del proceso y en el

costo que maneja el mismo.

Tomando en consideraci6n todo lo anterior, la soldadura humeda es el

m6todo mds ampliamente usado para soldar bajo el agua, cuya efectividad y

versatilidad viable, lo han convertido en el proceso m8s conveniente en

trabajos como estructuras submarinas o buques que se encuentran

operando, asi como tambih en la industria petrolifera en alta mar como las

plataformas (offshore) en tuberias submarinas y canerias. A h asi su

CXEE8POL

Sin embargo en aAos reciente ha existido una apreciable mejora en el

proceso SMAW en el campo de soldadura homeda, el cual ha ampliado su

potencial de abarcar proyectos de soldadura bajo el agua para lo cual

previamente no podria haber sido considerada, esta mejora se ha debido a la

participacibn directa de 10s fabricantes de electrodos, al igual que de

entidades relacionadas en dreas como la soldadura "Sociedad Americana de

Soldaduran AWS y la actividad del buceo "Sociedad Americana de Buzosn

Es asi que tomando en consideration el nuevo panorama que se le presenta

a este proceso en el medio submarino, se ha procedido a realizar en este

estudio una practica experimental en un acero de bajo contenido de carbon0

de 9 mm de espesor en junta a tope en posicion IG, con la finalidad de que

el mismo aporte con mayor informacion que ayude al entendimiento y estudio

de la soldadura humeda, para esto se ha recabado informacion de diferentes

medios que permitan aportar conclusiones que nos ayuden a comprender de

mejor forma el comportamiento de la soldadura humeda, permitiendonos

tener una idea mucho mas clara del verdadero potencial de la misma en

nuestro Pais y sus beneficios en el desarrollo de las diferentes areas en las

que pueda ser aplicada.

1. PRlNClPlOS DE LA SOLDADURA H~~MEDA

1.1 Antecedentes de la Soldadura Humeda

Durante aAos a 10s procesos de soldadura se les reconocieron

mucha utilidad para determinadas aplicaciones debajo del

agua. Su campo de accibn inctuye operaciones tales como

reflotamiento de buques, reparaciones, construcciones,

reparacibn de muelles y barcos deteriorados, como tambidn las

construcciones iniciales de estos. Tambien se ha producido un

vigoroso crecimiento en su aplicacibn en trabajos de

estructuras, en la reparacibn de barrenos y equipos de

prod uccibn.

Sin embargo la soldadura hlimeda, siempre ha sido vista como

una soldadura pobre en relacibn con aquellas realizadas en

superficie, pero en contradiccibn con esto la soldadura hQmeda

es el proceso mAs extensamente usado para reparaciones

submarinas, su versatilidad, bajo costo y gran efectividad

provee una alternativa viable a 10s mbtodos tradicionales como

un dique seco; 10s sistemas de soldadura submarinos pueden

ser movilizados en horas o pocos dlas y se pueden emplear en

estructuras o buques que se mantienen operando, evitando

entonces la detenci6n del servicio.

Esta actividad fue perfeccionhndose desde comienzos del siglo

XX, y en la segunda guerra mundial. En la figura 1.1 se realizan

reparaciones en buques y puertos con muy buen resultado (Ref

1 ).

Figura 1.1 Equipos de Buzos de la Segunda Guerra Mundial

Pero su increment0 ascendente comienza a partir de la d b d a

del '60 debido a la demanda originada por la industria

petrolifera en alta mar (Offshore), en estructuras sumergidas

con tuberias y cafierias, figura 1.2 (Ref.1)

Figura 1.2 Reparacibn en Plataforma Petrolifera.

D6cada del60

Desde entonces, a s i todas las tareas de soldadura humeda

fueron realizadas por personas que han perfeccionado su

aplicacidn en este medio. En anos recientes la Marina de Los

Estados Unidos ha ocupado un rol muy importante en el

desarrollo de nuevas tbcnicas de soldadura humeda, esto ha

ocurrido principalmente en respuesta al constante increment0

de 10s costos laborales de astilleros y diques secos. A

continuaci6n se mencionarb un caso concreto:

La Inactlvacl6n del crucero "USS Newport New", a fines de 1975 donde 62 aberturas de un casco fueron obturadas, requlrlendo 53 dCas de trabajo y un equlpo de 18 buzoslsoldadores; se emplearon 504 horaslhombre de soldadura y se consumleron 500 libras de electrodes; no obstante a esto, se obtuvo un beneficio conslderable: el ahorro del 50% de 10s costos, que aquellos que se hublesen requerido para completar las mlsmas tareas en un dlque seco (Ref. 1)

Otras aplicaciones para la soldadura humeda incluyen la

reparaci6n y mantenimiento de transportes nucleares; tal como

sucedi6 en el siguiente caso:

En febrero de 1990, se repar6 una pequeAa filtracl6n en una chapa de la tuberia del canal transbasador de combustible locallzado en la planta nuclear de "Wolf Creek" en Kansas; se emplearon 2 dCas de trabajo y el buzo emple6 un total de 3 "/r horas en el agua durante la Inspecci6n y reparacl6n; si esto se hublera reallzado en la supetficie, un equipo de 6 personas hubleran empleado 6

dias para secar y descontaminar las plezas, un dla para lnspecclonar y reparar y 2 dias m8s para rellenar la tuberia; de esta forma se log16 hacer el trabajo "ahorrando un 80% de 10s costos estimados de la reparaci6n y se redujeron enormemente 10s rlesgos de exposlci6n del personal (Ref. 1 ).

Desde 1971 en plataformas petrollferas, figura 1.3, se han

reportado cientos de reparaciones subacuAticas mediante

soldadura, sin que se conocieran fallas.

CIB--POL

Si bien la soldadura seca es la t6cnica predominante, la

soldadura submarina es, a veces el Onico m6todo a emplear

para solucionar un problema.

Figura 1.3 Plataforma Petrollfera

AQn asi no fue tan fdcil conseguir resultados favorables en la

soldadura hQmeda, esta es la razbn por la que la produccibn de

soldadura en este medio no fue vista sin0 hasta hace poco

como una opcibn valedera, debido a las dificultades de cumplir

con las especificaciones y requerimientos de 10s clientes, su

alcance entonces era limitado.

Esta limitacibn en un campo tan necesario por desarrollar, Ilevb

a que las tres partes involucradas en este tema: Sociedad

Americana de Soldadura AWS, las escuela de Buzos I

Soldadores y 10s fabricantes de soldadura, intercambien

inforrnacibn para permitir el desarrollo de este campo que hasta

ese momento aQn existiendo la necesidad, era muy poco

,utilizado por lo complicado que era conseguir juntas soldadas

que cumplan con las especificaciones requeridas por 10s

clientes en funcibn a 10s requerimientos

juntas a soldar.

de servicio de las

Gran parte de esta dificultad por cumplir con dichas

especificaciones, era justamente por 10s inconvenientes que se

le presentaba al buzo 1 soldador en conseguir cordones de

soldadura aceptables, soldados bajo condiciones adversas

como poca visibilidad, dificultad en conseguir un arm de

soldadura estable, elevado grado de humedad, presibn, etc.,

todo esto debido a que, el medio que rodeaba al buzo 1

soldador es muy diferente que aquel que rodea al soldador en

superficie.

Para esto se consider6 imprescindible CIB-E8-L una adecuada

preparaci6n y capacitaci6n del buzo / soldador, de tal manera

que se instruya a esta persona en las tknicas y conocimientos

adecuados para el medio en que se pensaba desarrollar el

trabajo de soldadura; todo esto Ilev6 a tener un personal mucho

mas capacitado y el resultado final fue una apreciable mejora

en la calidad de la soldadura bajo agua, sin embargo no era

una tarea facil y por lo tanto seguia siendo muy poco viable el

desarrollo de la soldadura bajo agua. Fue entonces cuando 10s

fabricantes de soldadura decidieron tener un papel protagonista

en la soluci6n de este problema, volcando su conocimiento a la

investigaci6n y desarrollo de electrodos (consumibles) que

permitan obtener mejores resultados que 10s conseguidos hasta

ese momento por aquellos electrodos para soldadura hlSmeda

existente.

Producto de esta investigacion se consiguieron electrodes que

facilitaron obtener juntas soldadas mucho mas confiables y que

cumplian de mejor forma con 10s actuales requerimientos.

Actualmente en paises como Estados Unidos y Canada se

dictan permanentemente cursos de entrenamiento intensivos

para buzos comerciales, a cargo de personal altamente

capacitado y experimentado con una duraci6n que alcanza

aproximadamente las 30 semanas, comenzando por 10s

sistemas de code y luego con 10s procesos de soldadura

humeda, examinando la calidad obtenida. El resultado de este

entrenamiento son 300 buzos comerciales capacitados cada

a80, el 90% de ellos sera contratado para reparaciones y

mantenimiento de plataformas petroliferas (Off Shore) (Ref. 1).

1.2 Principios de este Proceso CIB-ESPOL

La soldadura humeda como normalmente se la conoce, es

aquella soldadura utilizada para realizar trabajos bajo el agua.

El t6rmino de soldadura humeda es usado para indicar que el

desarrollo de la misma se efectua bajo el agua, y que adem&

estA directamente expuesta a un medio homedo.

Esta aclaracidn es necesaria, ya que tambien existe aquella

soldadura bajo el agua que no tiene un contact0 con esta, la

misma que es llamada "Soldadura Seca" como indica la Figura

1.4, ya que este tip0 de soldadura requiere que se elimine el

agua que rodea al trabajo, norrnalmente usando un

compartimento sobre presionado con atmdsfera y presidn

controlada. El proceso seco es costoso, per0 produce

soldadura que generalmente es de igual calidad que las que se

realizan en superficie (Ref 1 ).

Figura 1.4 Desarrollo de una soldadura seca en tuberla

A diferencia de la soldadura seca, la soldadura humeda se la

hace sin ningun cerramiento sobre presionado, existen

entonces dificultades evidentes bajo estas condiciones, ya que

la misma esta plagada de rapidas extinciones de arco por

efecto de tener como medio circundante el agua y una

susceptibilidad a la frag ilizacidn por hidr6geno.

Por lo anteriormente mencionado, el esfuerzo a la tensi6n y la

ductilidad del material tienden a presentar decrecimientos en

comparaci6n con aquellas juntas similares hechas en superficie

o en aire.

Pese a lo anteriormente expuesto se conoce tambien que el

proceso de soldadura con electrodo revestido (SMAW) en

materiales de acero al carb6n o acero C-Mn, pueden ser

hechos en agua con virtual anulaci6n de la fragilzaci6n por

hidr6geno de tal forma que elimine tambien la posibilidad de

fisuras, con el uso de electrodos especialmente manufacturado

para esta aplicaci6n.

Es importante tambien mencionar que, en lugares donde la

necesidad de reparaciones son mayores, es decir en areas de

agua salada, el dxito de la soldadura humeda aumenta

enormemente ya que cuanto mas alta es la salinidad del agua,

mayor es la estabilidad del arc0 de soldadura, las sales

disueltas en el agua aumentan sus cualidades electrollticas,

permitiendo de este mod0 un arc0 mas caliente y una soldadura

mas eficiente tal como indican las figuras 1.5 y 1.6 (Ref. 1)

Figura 1.5 Trabajos de soldadura humeda en una brida

Figura 1.6 Trabajos de soldadura humeda en casco de buque

El principio de operacidn de la soldadura hdmeda en el proceso

de electrodo revestido (SMAW) es exactamente el mismo que

aquel realizado en superficie.

La soldadura por arm, es el proceso de unir uno o m8s metales

mediante la coalescencia o junta sobre una cara de contact0

por medio del calor del arc0 ektrico. En el caso del proceso de

soldadura con electrodo revestido (SMAW) se emplea un

alambre de metal sdlido de material estirado o colado que se

denomina nucleo del electrodo el cual se encuentra recubierto

por un polvo fundente.

CIEE8POL

El circuit0 de este proceso esta conformado por el material

base, una fuente de poder y las conexiones respectivas que

logran cerrar a este. Estas son el cable con su porta electrodo

que generalmente se encuentra conectado en un extremo al

polo positivo de la fuente de poder (POLARIDAD INVERSA),

aunque en el caso de la soldadura humeda lo m8s aconsejable

es que esta conexidn sea al polo negativo y un cable de tierra

con su respectiva pinza que en un extremo generalmente esta

conedado al polo negativo de la fuente de poder, aunque en el

caso de la soldadura humeda lo awnsejable es que este

conectado al polo positivo (POLARIDAD DIRECTA), la pinza de

tierra va wnectada de manera que asegure un buen wntacto

con el material a soldar, mientras que el electrodo colocado en

su respective porta electrodo, permite el cierre del circuit0

cuando 6ste se pone en contact0 con la pieza de trabajo,

produci6ndose lo que se conoce como el arco el6ctriw tal como

indica la figura 1.7

Este arm el6ctrico genera entonces calor, que permite que se

funda el recubrimiento y el nucleo del electrodo con la pieza de

Una vez producido el arco de soldadura, el nucleo del electrodo

continuara consumi6ndose de manera progresiva aportando

material a la junta a soldar mientras que el recubrimiento

aportard una parte de lo consumido a la junta y otra parte a la

proteccidn gaseosa del baAo de soldadura. El proceso entonces

continua en avance de la soldadura mediante el movimiento del

electrodo en la direccidn de la junta que se desea soldar, este

movimiento se lo hace al mismo tiempo que se ejerce un

presi6n en sentido descendente al ban0 de soldadun en la

medida que se consume el electrodo manteniendo una longitud

de arco dentro de lo posible constante (Ref.2).

I Fuente de poder ( /

Figura 1.7 Circuito del proceso en polaridad directa

1.3 Equipos y Consumibles

I .3.1 Equipos y Accesorios

Fuente de Poder

La fuente requerida para formar un arco de soldadura

estd lejos de poder establecer la demanda de corriente y

voltaje que el proceso de soldadura necesita, ya que

cuando el arco se forma a causa del contact0 entre el

electrodo y la pieza de trabajo, un corto circuit0 ocurre.

La baja resistencia produce un pic0 repentino de

corriente, por lo tanto una fuente de coniente disefiada

para suministrar una corriente constante ayuda a limkr

estos picos repentinos eliminando asi de mejor mallera

el excesivo chisporroteo durante la soldadura. e

La fuente puede suministrar entonces corriente directa

(DC) o corriente alterna (AC) al electrodo. Sin embargo

la corriente alterna no es usada en la soldadura humeda

por razones de seguridad y por la dificultad de mantener

un arm de soldadura estable bajo el agua.

Los equipos que proporcionan corriente con una

intensidad estable, aunque varie la tensidn del arm

debido a las variaciones de la longitud del mismo,

apenas producirA variaciones de intensidad. De esta

forma, tanto el calor de soldadura como la velocidad de

fusidn del electrodo apenas se verAn afectados y el

soldador podrd mantener un buen control sobre el ban0

de fusidn.

Los generadores de intensidad constante tienen una

caracteristica descendente. La caracteristica voltaje -

intensidad de un generador viene representada por una

curva que nos muestra como varia el voltaje al variar la

intensidad desde el valor cero (cuando el generador estd

en vacio y por lo tanto no circula corriente por el circuito

de soldeo) hasta el valor de corto circuito (cuando el

electrodo se pone en contact0 con la pieza de trabajo)

Figura 1.8 (Ref.3).

En las operaciones normales de soldadura se suele

trabajar con tensi6n en vacio entre 50 y 100 voltios y con

voltaje de arm que oscilan entre 18 y 36 voltios. Cuanto

mayor es la tensi6n en vacio del generador, mds fdcil

resulta el inicio de arm con todo tip0 de electrodos. Una

vez establecido el arco, el voltaje disminuye hasta el

valor designado como voltaje de arco. Este voltaje

depende de la longitud de arc0 y varia al subir o bajar el

extremo del electrodo. Cuando la caracteristica es

descendente, estas variaciones de voltaje apenas

influyen en el valor de la intensidad de corriente.

Figura 1.8 Fuente de poder de corriente constante

El valor instantheo del voltaje de arm varia con la

longitud del mismo. Segun esto, durante el inicio o

arranque del arco, el electrodo se pone en contacto con

la pieza. En el momento del contacto (cortocircuito) la

intensidad aumenta bruscamente mientras el vottaje cae

prhcticamente hasta el valor cero. Posteriormente,

cuando el electrodo se separa para conseguir el arco, el

voltaje aumenta para mantener el arc0 (voltaje de arco) y

la intensidad disminuye hash alcanzar el valor

seleccionado para el trabajo a realizar.

Durante la soldadura si la longitud de arc0 aumenta, el

voltaje aumenta (la intensidad disminuye ligeramente) y

cuando el- arco se acorta, la tensi6n disminuye (la

intensidad aumenta ligeramente). Esto permite al

soldador variar la aportaci6n de calor jugando con la

longitud de arco, figura 1.9 (Ref. 3)

3 1 Grruito de b con#nte O d e d a d u r a attierto.

elekarodonotoca b p i i

GENERADOR U g = ~ d e , ~ j ~

2 Grcuito de b corrknte ode,,,

@- El ckctrodo toca b pieza

I~=lntensidad de~ortodrwit~ GENERADOR

Figura 1.9 Esquema del circuit0 de corriente de soldadura

Para el uso de un porta electrodo debajo del agua, este

debe estar completamente aislado, el mismo que por ser

diseiiado para trabajar bajo el agua, tienen que poseer

6sta caracteristica como algo mandatorio, figura 1.10 y

La durabilidad en altas profundidades y @-ad de

aislamiento, son las 2 caracteristicas principales que

debe tener un porta electrodo a1 trabajar bajo agua, todo

esto acompaflado de una facilidad para la reposici6n del

electrodo mediante un leve giro o torcedura en el mismo.

Solo se deben utilizar porta electrodos que han sido

diseiiados especialmente para trabajar bajo agua, del tal

manera que al momento de fluir la corriente todas su

partes est6n completamente aisladas. Estos tipos de

porta electrodos deben ser recomendados siempre que

sea posible. Hay que recordar, que a1 momento de

inspeccionar el mismo, se debe estar seguro de que

estos no hallan sufrido algdn daiio en sus partes (Nunca

Figura 1.10 Porta-electrodo para soldadura humeda

utilizar portaelectrodos con algun tipo de dafios), las

piezas dafladas haran peligrar la vida del buzo y deberdn

ser reemplazadas inmediatamente .

Figura 1.1 1 Porta-electrodo para soldadura humeda

Interruptor de Seguridad

En toda operacibn de corte o soldadura humeda siempre

debe haber un interruptor positivo de desconexibn

operativa; tambi6n conocido como interruptor de

cuchillas. Esto protege al buzo puesto que solo permite

el paso de corriente en el momento que est6 cortando o

soldando, o cuando tiene el electrodo posicionado y listo,

permitiendo el recambio de electrodes usados por

nuevos. Es importante especialmente cuando se usa

interruptores unipolares, que se controle si el interruptor

no est6 puesto en derivacibn; se puede tener certeza de

esto, verificando que el cable que se encuentra entre la

mdquina de soldar y el interruptor se halla totalmente

aislado en toda su extensibn, como se muestra en la

figura 1.12 (Ref.1)

Deberd realizarse una inspeccibn peribdica para tener

seguridad de que el aislamiento no est6 deteriorado. Se

puede utilizar otro tip0 de interruptores de seguridad

automdticos, para proporcionar un control de la corriente

en el circuito. Cualquiera fuera el tip0 de interruptor de

desconexibn que se use, debera estar ubicado de tal

manera que la persona a cargo del sistema de

comunicacih, pueda operar el interruptor y controlar la

operaci6n en todo momento cuando el buzo se

encuentre debajo de la superficie.

,

Figura 1 . I2 Interruptor de Seguridad

Cables El6ctricos

Existen diversas marcas y diametros. ~ 8 I f k i cables

completamente aislados, aprobados y extra-flexibles. Un

cable debe ser capaz de soportar la maxima corriente

requerida por el trabajo a realizar. El diametro adecuado

para un cable para una tarea determinada depende de la

extensibn del circuito, figura 1 . I3 (Ref. 1 )

Figura 1.13 Cables el6ctricos para soldadura h~meda

Es recomendable el diametro de 210 cuando el trabajo

que debe hacerse estA a una distancia considerable de

la fuente de energia, ya que la calda de tensi6n es

menor por su baja resistencia ekctrica. Ocasionalmente

puede utilizarse un cable 310 para profundidades

extremas. El cabe 210 debe usarse cuando la extensicjn

total del cable incluyendo el electrodo y conductores a

tierra, excede 10s 100 m.

Si la extensi6n total supera 10s 133 m., dos o mas cables

110 (Ilamado latigo conductor) pueden ser usados para

hacer mas manejable para el buzo el porta electrodos.

Los cables deben ser formados en extensiones minimas

de 15m, completamente con conectores y machos

hembras. Cada cable adicional y su conector causardn

una caida de tensi6n.

Para compensar esto y mantener el amperaje requerido

debe aumentarse la potencia de salida de la fuente de

energla para soldar, elevando el voltaje del circuit0

abierto del generador de corriente continua o

aumentando el amperaje si se usa un rectificador de

corriente continua o transformador de corriente altema.

Ademds de ser un peligro potencial un conector ma1

aislado bajo el agua este origina un escape de corriente

considerable y un rdpido detefioro del caMe de cubre

debido a la electr6lisis. Se recomienda que todas las

conexiones bajo el agua est6n recubiertas por una cinta

aisladora. Se aconseja una envoltura final firme con una

cinta de goma para aislar e impermeabilizar las

conexiones bajo el agua. Los cables y conexiones

hechos con ellos deben ser inspeccionados antes de

soldar y si existe alglSn deterioro en 10s aisladores se

reparardn o, en su defect0 se reemplazardn.

Los cables se deben mantener almacenados en lugares

secos y libres de grasa y, si es posible, colgarlos sobre

cubierta, enrollados correctamente, protegidos de

chorreaduras de aceite, esto alargard en gran parte su

vida util.

Los cables a tierra deben estar conectados prdximos al

trabajo a realizarse y puestos de tal manera que el

cuerpo del buzo nunca este entre el electrodo y la parte

puesta a tierra del circuit0 a soldar, la conexi6n a tierra

se hace sujetando el cable que viene de la mdquina, al

buque o la pieza afectada, mediante una abrazadera o

pinza de masa como indica la figura 1. I 4 (Ref. I)

I

Figura 1.14 Pinza de tierra para soldadura hurneda

Existen umbilicales que combinan soporte de gas y

energia elbctrica para todas las operaciones de

soldadura y corte. Hay dos opciones para 10s cables de

soldadura, de cobre o aluminio en varios didmetros,

acordes a 10s diferentes requerimientos. Las mangueras

de soporte de gas son combinadas con 10s cables en

una construcci6n trenzada con monofilamentos de

polietileno. Tambibn pueden incluir cables de

comunicaciones, video dmara o de energla para

algunas herramientas, figura 1.15 (Ref. 1 )

Figura 1 .I 5 Cables umbilicales

En la Tabla 1, se detalla 10s diferentes tamaflos de cable

recomendados a utilizarse en funci6n de la corriente y la

distancia a trabajar.

TABLA 1

SELECCI~N DEL TIP0 DE CABLE

Protecci6n del buzo

El buzo debe contar con una protecci6n ante la

soldadura, asl como tambien debe usar lentes

apropiados para el agua, para las condiciones que se

presenten en sitio. El uso de guantes de caucho seco o

de guantes encauchados es un punto mandatorio.

El traje del buzo debe estar completamente revestido de

caucho para bucear, asl como tambien de estar

completamente aislado contra descargas d6ctricas. El

traje en conjunto debe estar en buenas condiciones y

libre de rasgones. Debe contar con una vdlvula (both)

intema de escape o descarga, la misma que tambi6n

debe estar aislada, es decir con alguna tapa o cubierta

de caucho u otros aislantes convenientes. Si el agua

calienta el traje, el buzo deberd llevar entonces una

vestimenta encauchada por debajo del traje como se

muestra en la, figura 1.16 (Ref. 1)

CI=yOL De igual forma el ojo humano debe ser proteg~do contra

la agresi6n de la luz; una luz muy intensa deslumbra

pudiendo producir una momenanea ceguera, generando

riesgo para la salud. El ojo posee varios mecanismos

psicol6gicos de defensa contra el exceso de radiaci6n

solar o artificial, estos mecanismos son bien conocidos y

tienen que ver con 10s reflejos pupilares: la pupila se

contrae considerablemente cuando es expuesta a una

luz intensa, a esta acci6n fundamental se agrega la

intervenci6n de 10s pdrpados que permite reducir la

intensidad de flujo luminoso recibido por el ojo. Pero

todos 10s reflejos resultan insuficientes contra las

radiaciones ultravioletas infrarrojas.

Estas radiaciones son tanto mas peligrosas para el ojo

que las que las que ejercen una acci6n inmediata

provocando reflejos de defensa, en muchos casos

cuando pueden medirse 10s efectos traumaticos ya es

demasiado tarde. El infrarrojo emitido en cantidad

excesiva, es absorbido por 10s medios oculares y

provocan lagrimeo y dolor de cabeza. Los rayos

ultravioleta de coda longitud de onda, provocan una

acci6n eritemosa e inflamaci6n de la conjuntiva, golpe de

arco y oftalmia e l M c a . Para evitar esto en todas las

operaciones ck cwte y soldadwa Beben usam lentes

protectores de color verde oscuro, estos protectores se

agrupan en la norma DIN y cuanto mayor sea la

intensidad, mayor sera el requerimiento de protecci6n

contra el arm pueden ser DIN 6 hasta DIN 15. Los

vidrios protectores pueden fijarse a 10s cascos y

mascaras de buceo comercial mediante diferentes

mecanismos como se muestra en la figura 1.17

diferenciados segun la marca del fabricante.

Figura 1.16 Traje de Buzo

Figura 1 .I7 Casco y lentes oscuros de protecci6n

Amperimetro

El uso de un amperlmetro debe estar en disponibilidad,

como una manera de poder setear la corriente de

soldadura, la misma que podrla ser inexacta. El uso

adicional entonces de un amperlmetro es recomendado

como una fotografia que se toma a la corriente de forma

m6s exacta, de tal forma que 6sta pueda ser

almacenada.

Electrodos Convencionales

Un electrodo es entonces una varilla metdlica de

composicidn aproximada a la del metal a soldar y

recubierta con una sustancia que recibe el nombre de

revestimiento. Cuando se establece una corriente a

travbs del circuit0 de soldadura, salta un arco elbctrico

entre el extremo del electrodo y la pieza. Este arco

provoca la fusidn del electrodo y del metal base. Este

metal fundido procedente del electrodo, cae en el crater

originado por la fusidn del metal base y se forrna el baAo

de fusidn. Este al solidificar da lugar al corddn de

soldadura que establece la unidn entre las dos piezas,

figura 1 .18 (Ref. 2)

No solo se fabrican electrodos para la soldadura de

distintos materiales, sin0 que ademas se encuentran

electrodos para soldar con corriente continua y para

soldar con corriente altema. Algunos electrodos

funcionan igualmente con 10s dos tipos de corriente.

Ademas tambibn se fabrican electrodos para soldar en

deterrninadas posiciones.

Los electrodes revestidos llevan recubrimientos

relativamente gruesos, a base de sustancias tales como

celulosa, silicato sbdico, silicato potdsico, 6xido de titanio

(rutllico), 6xidos de hierro, hierro en polvo, y otros

diversos ing redientes.

CfBllFspoL Cada una de las substancias antes menc~onadas estd

incluida en el revestimiento para que desarrolle una

determinada funci6n durante el proceso de soldadura,

tales corno:

- Actuar como agente limpiador y desoxidante del

Liberar 10s gases inertes que protegen el bafio

de fusi6n contra la oxidaci6n y la nitnrracidn

atmosf4rica. Tanto el oxigeno como el

nitrdgeno, si entran en contact0 con el metal

fundido debilitan considerablemente la

soldadura. Por tanto es importante evitar este

Formar sobre el metal depositado una capa de

escoria que proteja hasta que haya enfriado lo

suficiente para que no pueda ser contaminado

por la atmdsfera que lo rodea. AdemBs, la

escoria tambien disminuye la velocidad de

enfriamiento del metal depositado, lo que

conduce a una soldadura mBs dQctil.

Facilitar el inicio o arranque y el mantenimiento

del arco y reducir las proyecciones.

Permitir una mejor penetracidn y facilitar la

consecucidn de una calidad de soldadura que

supere el control radiogrM~co.

Algunos revestimientos contienen polvo de hierro que, al

fundir el electrode, pasa a formar parte del metal

depositado. Este polvo de hierro increments ta velddad

de aportacidn y contribuye a conseguir cordones de

mejor aspecto.

Existe un grupo de electrodos, conocidos como

electrodos de bajo hidrdgeno, cuyos revestimientos

contienen elevadas cantidades de caliza y otras

sustancias pobres en hidrdgeno, tales como fluoruro de

calcio, carbonato de calcio, silicates de aluminio,

manganeso y ferro aleaciones, estos electrodos se

utilizan en la soldadura de aceros con alto contenido en

azufre o en carbono, pues estos elementos presentan

una gran afinidad por el hidrdgeno, que de incorporarse

a la soldadura produce porosidades y aumenta el riesgo

de rotura frdgil.

Penetraabn Exoria

Gotas de metal en iIAnsibo hacia d arm

de sddadura fusi6n trabajo

Figura I .I8 Electrode convencional

1.3.3 Electrodos para Soldadura Humeda

Una vez que conocemos de mejor manera el verdadero

papel del revestimiento en el electrodo, al igual que 10s

diferentes tipo de revestimiento existente, es importante

mencionar que en el caso de la soldadura humeda, 10s

fabricantes de electrodos se han enfocado en producir

electrodos que permitan darle propiedades a la junta

soldada que cumplan con mejorar su resistencia al

impact0 y su ductilidad, las mismas que normalmente

son severamente afectadas por las elevadas tasas de

enfriamientos presentes en la junta a soldar cuando este

se la realiza en un medio como el agua, dando como

resultado un material de elevada dureza muy propenso a

la fisura.

Es por eso que dentro de toda esta clasificacidn de 10s

revestimientos, 10s fabricantes de soldadura hlimeda han

preferidos diferenciarlos de la siguiente manera:

- Los ferriticos

- Los de base de Niquel

La razdn de esto se puede resumir en lo siguiente, la

estabilidad de arm mejora con 10s revestimientos tip0

rutilicos /dcidos/oxidantes en 10s electrodos, estos

tambi6n dan a la soldadura un perfil y penetracidn

satisfactoria, 10s electrodos con revestimientos bdsicos

dan una caracteristicas de arm pobre y una geometrla

de corddn de soldadura groseramente irregular. Otros

tipos de revestimiento tienden a encontrarse entre estos

2 extremos. Los electrodos tipo ferriticos se caracterizan

porque en ellos son encontrados bajos niveles de

hidr6geno ya que este tip0 de consumibles posee un

revestimiento oxidante, sin embargo, elevados valores

de hidrdgeno se pueden apreciar en electrodos con base

de niquel.

cIB-ESmL

El alto porcentaje de niquel en la soldadura hQmeda da

como resultado mayor porosidad que aquella que podria

estar presente en la soldadura seca aunque esta se

encuentra uniforrnemente dispersa, sin em bargo 10s

electrodos con base de niquel dan a la sotdadura una

buena resistencia al impacto, lo que hace a estos

electrodos muy recomendables para soldadura bajo

agua.

Finalmente ambos tipos: 10s ferriticos y 10s de base de

niquel, son recomendados para la soldadura hllmeda ya

que son conocidos por ser capaces de evitar la fisura por

asistida por hidrdgeno en aceros con carb6n equivalente

bajos.

Los electrodos revestidos para soldadura humeda a

diferencia de 10s electrodos de superficie no estdn

marcados con ningun nQmero de identificacidn por parte

del fabricante, por lo tanto se debe tener mucho cuidado

de no elegir el electrodo incorrecto. Esto conlleva a que

es responsabilidad de las personas que estdn a cargo

del trabajo conocer si el electrodo a utilizar es ferritico o

de base de niquel

Es siempre importante seguir las recomendaciones del

fabricante en lo que respecta a los cuidados que hay que

tener en el manejo apropiado de 10s electrodos, recuerde

usted que el buzol soldador es tambien responsable del

cuidado de 10s mismos.

Para . evitar daflos, 10s electrodos deben ser

almacenados en paquetes sellados y guardados en un

lugar seco y con buena ventilacidn. Cuando 10s

electrodes no pueden ser almacenados en condiciones

ideales, materiales como el Gel de silicon deben ser

ubicados en el contenedor.

Si algun electrodo pareciera estar daflado entonces este

no debe ser utilizado, asi como tambi6n hay que prestar

especial atenci6n al recubrimiento impermeabilizador del

electrodo para ver si muestra algun signo de daflo.

En lo que respecta al revestimiento impermeable este a

sido restringido para el uso en la soldadura submarina

por el mismo factor que la hace una t6cnica unica, el

agua produce que 10s cordones de soldadura de las

reparaciones resulten fragiles y quebradizos, figura 1.19

(Ref. 3). El hidr6geno contenido por el agua reacciona

quimicamente con el material aportado lo que da como

resultado soldaduras quebradizas, esto limita la

longevidad de la reparacibn, ademas sumado a la

elevada conductividad tbrmica del agua que provocaba

un enfriamiento rapid0 a la pieza, causando micro

estructuras debilitadas que tornaban la soldadura muy

rigida.

Los fundentes de 10s revestimientos se deterioran al

sumergirse en el agua y esta es absorbida por el

fundente y penetra en 10s intersticios, luego se convertird

en vapor y desprenderd por presidn el revestimiento

cuando se forme el arm. Por lo tanto, se hace

imprescindible colocar un revestimiento impermeable de

un grosor adecuado, que mantenga la integridad de 10s

electrodos sumergidos.

Los electrodos desarrollados actualmente, son provistos

de un revestimiento impermeable que reducen

notablemente 10s efectos del agua sobre el material

soldado, aumentando y mejorando la reaccidn qulmica

con el material base, facilitando la limpieza de la escoria

resultante del proceso; el revestimiento tambi6n provee

un mayor aislante t6rrnico.

Por otra park y como lo hemos dicho anteriormente, el

recubrimiento interior juega un papel protagonista en el

electrodo de ahi que las mejoras en este sentido dentro

del campo de la soldadura humeda es th enfocados en

10s siguientes puntos.

Los mejores fundentes de revestimientos tienden a ser

aquellos de tip0 rutllico, dcido y oxidante. Los

recubrimientos rutllicos y de polvo de hierro producen

eledrodos que dan como resultado un arco suave y de

un buen comportamiento en la soldadura, sin embargo

estos dan tambien como resultado un arm alargado el

cual provoca altos voltajes - bajos amperajes y estos a

su vez producen mayores extinciones.

A continuaci6n se detalla algunas de las propiedades

que otorga este tip0 de revestimiento al electrodo usado

para la soldadura humeda

- Provocar un fdcil arranque y mantenimiento del

arc0

~a mezcla posee una conductividad tbrmica

baja, lo que sirve de proteccidn al metal fundido

y a la varilla del electrodo.

La proteccidn gaseosa se mantiene alrededor

del arm aun en condiciones adversas.

El fundente produce una fuerte escoria, la

misma que es deseada en estos casos.

CXB-WIFpL La escoria atrapada durante la soldadura y la escona

removida despu6s de la misma introduce tambib un

criterio de seleccidn adecuado para un buen fundente:

- Un peso especifico pequeflo en comparacidn

con el metal de soldadura.

Una temperatura de fusidn bajo con respecto al

metal de soldadura.

Una tasa de expansidn con coeficiente diferente

al metal base y al metal de soldadura

I

Figura 1 .I9 Electrode para soldadura hurneda

A continuacibn en la tabla 2 se realiza una cornparacibn

entre 10s electrodes convencionales y 10s especiales

diseflados para la soldadura hlirneda, en funcibn de las

intensidades de corriente para 10s diferentes dihrnetros.

TABLA 2

AMPERAJE UTILIZADO PARA 6013 Y ELECTRODO

ESPECIAL PARA SOLDADURA HUMEDA DE 118"

601 3 118" (convencional)

Electrodo para soldadura para hiimeda 118"

1.4 Aspectos Metaliirgicos

1.4.1 Microestructura de la Junta Soldada

Ciertamente la metalurgia y las limitaciones fisicas son

inherentes a la soldadura hllmeda. Los conceptos

basicos de metalurgia en la soldadura humeda incluyen:

- Las diferentes tasas de enfriamiento entre la

soldadura en superficie y la soldadura hlimeda

- La Zona afectada por el calor (Z.AC), tamaflo de

grano y la transformaci6n del cristal.

- Los defectos potenciales bajo el agua, inducidos

por la extinci6n o inducidos por el hidr6geno.

Cuando el arm de soldadura es encendido en un medio

mmo el agua, el hidr6geno en la atm6sfera del arm es

disuelto en el metal liquid0 del bano de soldadura,

inmediatamente despuks de esto la soldadura es

depositada sobre la junta a soldar, en este momento

product0 del medio circundante que lo rodea se produce

una rapida extinci6n en el material depositado causando

una solidificaci6n acelerada en metal soldado

La rdpida solidificaci6n y la elevada cantidad de

hidr6geno disuelto en el ban0 de fusi6n hace que la junta

soldada sea propensa a albergar hidrdgeno, el mismo

que permanece atrapado en la soldadura, es entonces

cuando se inicia el problema que puede causar fisura por

asistida por hidrbgeno, si ha esto se le suma la elevada

tasa de enfriamiento existente en la junta soldada

producto del medio circundante tal como muestra la

figura 1.20 y que afecta especialmente a la Zona

afectada por el calor la misma que puede provocar

cambios severos en la microestructura del material

causando un increment0 en la dureza. Es decir la rapida

extincibn provoca entonces tambien como resultado una

elevada dureza en esta zona (Ref.3)

Figura 1.20 Velocidades de enfriamiento del acero en

diferentes medios.

La porosidad puede ser formada por este hidrdgeno y

otros gases en su intento por escapar de la escoria, la

misma que es tambien causada por la rApida extinci6n de

la soldadura. Frente a este panorama existen tres regiones

dominantes que merecen ser analizadas, que son las

siguientes:

Metal Soldado

Es la zona inmediatamente adyacente a la llnea de fusi6n

en el cual el metal tiende a ser calentado casi hasta el

mismo punto de fusi6n. Debido al fuerte flujo y a la

direcci6n de calentamiento durante la solidicacibn, las

dendritas crecen mas en una direccibn, por lo tanto el

grano es largo y delgado como resuttado de esb

crecimiento p a t h . Esta Area estA conforrnada por la

composicidn de la base fundida y el metal del electrodo

depositado (Ref. 3).

Ocasionalmente la perdida de calor causa a una porci6n

del metal soldado a solidificar y formar una pequefia Area

de granos equidistantes en el centro de la zona soldada.

Este grano crece igual en todas direcciones figuras 1.21 y

1.22.

Por otra parte la alta concentracibn de impurezas en 10s

bordes del grano que poseen punto de fusibn menor al de

la aleacibn como lo son el azufre S y el fbsforo P son

extremadamente perjudiciales para la junta soldada

porque la fisura en caliente puede ocurrir(Ref.9).

A- Fnnnacibn inicial dcr cristalas

Figura 1.21 Proceso de solidificacibn de la soldadura.

Figura 1.22 C6lula dendrltica del metal soldado

Zona Afectada por el Calor (ZAC) CIBEBPOL

Es la zona mas sensitiva a una tasa de enfriamiento

rdpido. Las maximas temperaturn en esta zona esGn

bajo la temperatura de fusibn, sin embargo b t a area es

severamente sobre calentada permitiendo un mWmo

tamaAo de grano de tal manera que podemos apreciar que

el tamaAo de grano varla a lo largo de la zona afectada

por el calor en un corte transversal, la maxima

temperatura en la ZAC decrece con el increment0 de la

distancia de la llnea de fusibn.

Durante la recristalizaci6n y el crecimiento de grano la

transformaci6n en la micro estructura de austenita a

alguna otra estructura cristalina ocurre en esta regi6n

donde la maims temperatura excede la temperatura

crltica A3 (Ref. 3).

Una vez m8s el flujo de calor patr6n causado por el

burbujeo del agua sobre la superficie del metal influye en

el enfriamiento. En la regi6n con la maxima temperatura,

esto es por encima de la temperatura crltica A3, la

temperatura no es una causa suficiente para una total

austenitizaci6r1, per0 si causa un refinamiento del grano;

esta sub-regi6n en la ZAC es llamada regi6n templada,

figura 1.23. (Ref. 10)

Reduciendo la pbrdida de calor desde la junta soldada se

incrementa el calor a las 8reas afectadas, sin embargo no

es el tamallo de la ZAC lo que provoca una mala

soldadura, lo que si hay que tomar muy en cuenta es la

estructura del grano que la conforma, la misma que si es

responsable del deterioro de las propiedades de la

soldadura. Las elevadas temperaturas - rapidas tasas de

enfriamiento y las bajas temperaturas - bajas tasas de

enfriamiento, podrian provocar la concentraci6n de

esfuerzos o fisuraci6n en caliente que seguramente

debilitaran de manera considerable las propiedades

mecanicas en la ZAC del material.

Por otra parte el fuerte flujo del calor provocado por el

burbujeo del medio podria provocar cambios serios en la

estructura del grano en la ZAC, la misma que es la mayor

raz6n de fallas en soldaduras bajo el agua.

Diagrama hirro -arbto de hierro

Figura I .23 Diagrama Hierro - Carbono y temperatura en

diferentes puntos de la Junta soldada

Metal Base

Es el area mas all6 de la ZAC, el cual perrnanece

inalterable por la soldadura, porque las temperaturas

alcanzadas no son suficientes para causar alglin cambio.

Entre la ZAC y esta zona inalterada existe una regi6n

transciente (Ref. 3) La temperatura en esta regi6n no

alcanzan la menor temperatura critics y por lo tanto no

ocurren cambios de fase, figura 1.24.

c n 3 m ~ Figum 1.24 llustraci6n de la zona soldada, ZAC y material

base.

Exdmenes de dureza en la soldadura siempre brindardn

informaci6n de mucho valor para comprender lo que ha

ocurrido en la junta soldada. Dichos valores de dureza

obtenidos de estos exdmenes a menudo deberdn ser

correlacionados como evidencia de una transformaci6n en

la estructura cristalina del material, estos dos a su vez

tienen una estrecha relacidn con la velocidades de

enfriamiento presente en las juntas soldadas, esta es la

razdn para que en el caso de la soldadura h~lmeda o bajo

ag ua este aspect0 sea considerado importante.

1.4.2 Defectos de Soldadura

Esfuerzos Dimensionales

Los esfuerzos dimensionales de elevada magnitud,

pueden resultar de la expansidn t6rmica y contraccidn

presentes en la soldadura despu6s de que la estructura

tiende a ser enfriada. Estos esfuerzos causan distorsidn,

ampliamente mencionados en libros de consulta, 10s

cuales pueden aumentar en el material soldado debido a

la no uniformidad de la distribucidn de la temperatura,

provocado por el gradiente de distribucidn de temperatura

en la soldadura debajo del agua, la misma que crea

acumulacidn de esfuerzos t6rmicos y deformaciones.

La presencia de turbulencia en la regidn del arc0 de

soldadura bajo el agua es perjudicial, por lo que es

necesario estabilizarla al igual que el escudo protector del

arm, de tal manera que esta pueda proteger a la regi6n

del arm durante la soldadura (Ref. 3)

El perfil o contorno de una soldadura terminada puede

tener considerables efectos en el desempeflo bajo carga

de la junta, de ahi la importancia de que este perfil no se

vea severamente afectado por la viscosidad o la fluidez de

la escoria formada durante la soldadura.

CIB-ESPOL De igual manera la movilidad del metal fund~do se ve

afectado por las restricciones del medio y la temperatura

provocando cordones de soldadura convexos; es en este

momento donde el refuerzo excesivo conocido como

sobremonta, el cual es a menudo indeseable, tiende a

endurecer la secci6n y estabilizar la concentraci6n de

esfuerzos provocando distorsi6n como indica la figura

1.25.

Figura I .25 Sobre-espesor en junta soldada

Se entiende por distorsidn en la soldadura a las

deformaciones que se producen en la pieza durante la

soldadura, es decir la distorsidn tiene que ver con

modificaciones en la geometrla de las partes que son

unidas por soldadura que sufren cambios dimensionales

que son a su vez necesarios controlar, para que no

excedan 10s limites aceptables.

Los fendmenos de distorsidn son las consecuencias de

tensiones mec6nicas que se generan en la pieza como

resultado de deformaciones plhsticas localizadas

producidas por ciclos termicos impuestos por la soldadura.

De manera que para entender al menos cualitativamente

10s fendmenos de distorsi6n es necesario comprender la

generaci6n y distribuci6n de tensiones residuales con 10s

cuales aquellos esMn directamente vinculados. Las

tensiones residuales en un proceso de soldadura por

fusi6n se originan en el hecho de que la soldadura

consiste en el relleno de un cierto volumen representado

por la preparaci6n de la junta, con metal en estado liquido

proveniente de la fusi6n del electrodo (Ref.4).

Una vez que el metal Iiquido solidifica se obtienen la uni6n

meMlica entre el cord6n de soldadura y el metal base, se

produce entonces durante el enfriamiento la contracci6n

del cord6n de soldadura siendo esta contracci6n resistida

por el material base adyacente que al encontrarse a una

temperatura inferior no acompafla la contracci6n del

cord6n que se enfria desde a temperatura de fusi6n de la

aleacibn que se trate, figura 1.26.

Contraccibn tranversal en junta a tope

Contraccibn longitudinal en junta a tope. (Distribucibn longitudinal de esfuerzos residuales)

Cambio en gngulo de junta a tope Cambio en gngulo de

soldadura de filete

Figura 1.26 Comportamiento de esfuerzos residuales

Las rdpidas velocidades de enfriamiento provocadas por el

agua pueden colaborar a evitar o dificultar el escape de

10s gases formados por la reacci6n qulmica durante la

soldadura desde el charco fundido. Una bolsa de gas o

vaci6 son sintomas de aquello, 10s mismos que son

frecuentemente encontrados en soldadura bajo el agua. La

mds frecuente raz6n de porosidad es la presencia de

6xid0, suciedad, aceite, pintura o residuos marinos

presentes en la junta (Ref. 3). Una limpieza completa

debe ser hecha antes de soldar bajo el agua, figura 1.27 .

Es importante tambi6n tomar en consideraci6n lo que

ocurre con el electrodo, el fundente del electrodo puede

coger humedad mientras se estd soldando bajo el agua;

esto incluso aun en 10s electrodes con recubrimientos

especiales 10s mismos que son recomendados para este

tipo de trabajos. Tambi6n puede ser necesario una

cantidad suficiente de fundente que permita la protecci6n

del metal fundido con respecto al agua.

Porque una rdpida solidificacidn o tambien una baja

temperatura generada durante la soldadura, puede no

proporcionar el tiempo necesario para permitir que la

escoria y las impurezas puedan subir a la superficie del

metal fundido. Cuando la escoria o las impurezas

empiezan a ser atrapados en 10s bordes de la fusidn, la

fisura por recalentamiento puede iniciar un problema.

Obviamente, el descargar la escoria desde el metal

fundido podria ser acelerado por algunos factores que

tienden a hacer al metal menos viscoso o retardar la

solidificacidn por medios de precalentamiento, el alto

ingreso de calor, la disminucidn de la velocidad de

soldadura o una proteccidn de fundente conveniente

(Ref. 3).

Si la distancia entre el metal base y el electrodo es

considerable tomando como referencia la raiz, la

conduccidn de calor puede ser insuficiente para lograr una

buena fusidn en la raiz o una penetracidn incompleta,

figura 1.28 (Ref. 3). La desgarbada raiz permite entonces

se concentren esfuerzos y consecuentemente distorsidn

de las partes durante la soldadura, lo que podria causar

una fisura a iniciarse en el area desgarbada. La

socavadura ocurre cuando el proceso de solidificacibn

toma lugar rapidamente, lo que hace retroceder al cham

de soldadura del pie del cordbn del metal fundido en esta

regibn, figura 1.29 (Ref.3)

Figura 1.27 Porosidad dispersa

Figura 1.28 Falta de penetracibn

Figum 1.29 Socavado lateral en filete

Fisunci6n por hidr6geno crssspoL

Debido a que la soldadura bajo el agua induce un arm con

una atmbsfera rica en contenido de vapor de agua y en

disociados de oxigeno e hidrbgeno, esta es la razbn por lo

cual el factor hidrbgeno puede ser especialmente critico. El

hidr6geno podria no inducir la fisuracibn al menos que la

regibn est6 endurecida y contenga esfuerzos residuales.

El hidr6geno es recogido durante el calentamiento y es

disuelto en la austenita. Cuando la temperatura en el

enfriamiento disminuye, el hidrbgeno intenta difundirse

fuera del metal soldado a la ZAC. El hidrbgeno que sale

de la solucibn puede formar alargamiento de poro, el

hidrbgeno que estd super saturado en el metal puede

resultar en una fisuracibn mediante el siguiente

mecanismo:

1. El Hidrbgeno se difunde en el Brea donde existe

concentracibn de esfuerzos, semejantes como

Breas de estructuras martenslticas.

2. Estas Breas sometidas a esfuerzo causan una

iniciacibn de la fisura, despu6s de la introduccibn

del hidrbgeno, entonces la fisura es permitida para

que se propague.

3. La fisura crece en este paso.

Esta se manifiesta por la aparicibn de fisuras

inmediatamente o transcurridos minutos, y en algunos

casos hasta horas despu6s de completada la soldadura,

por lo que tambidn se la conoce como fisuracibn diferida.

Estas fisuras pueden presentarse en el cordbn de

soldadura o en la zona afectada por el calor del material

base y requiere para su formacibn la concumencia de 10s

siguientes factores:

- Hidr6geno difusible en el metal de soldadura o en la

zona tbrmicamente afectada en el material base.

- Una micro estructura susceptible (tlpicamente

martensltica)

- Tensiones Mechicas (Tensiones Residuales o

Tbrmicas)

El hidr6geno difusible consiste simplemente en hidr6geno

at6mico en soluci6n intersticial en la red cristalina de un

acero. El origen de este hidrbgeno es tlpicamente el

consumible de soldadura en 10s procesos realizados en

aire, per0 en el caso de la soldadura hdmeda juega un

papel protag6nico en este aspect0 el medio circundante es

decir el agua (Ref. 3).

La curva de solubilidad de hidr6geno difusible en el acero

nos muestra en la Figura 1.30 que a las temperaturas

imperantes en las partes mas calientes de la pileta de

fusi6n (1500°C - 2000°C) la solubilidad del hidrbgeno en el

hierro alcanza un valor maxim0 que es mucho mayor que

a la temperatura ambiente. De mod0 que en la medida que

exista hidrdgeno disponible, la pileta de fusidn la retendrh

en soluci6n. Cuando la pileta se solidifica y enfrla

rapidamente como es el caso de la soldadura humeda

este hidr6geno queda atrapado en el cord6n en forma

sobresaturada y su gran movilidad hace que parte del

mismo alcance eventualmente la zona afectada del

material base.

Hidr6geno en atm6sfera de arco (%)

Figura 1.30 Cuwa de solubilidad del hidr6geno

Los Atomos de hidr6geno se IocalizarAn en general en

defectos cristalinos, micro fisuras o la interfase entre

inclusiones no metAlicas y la matriz met4lica. La

acumulaci6n de Atomos en tales sitios promueve la

formaci6n de hidr6geno molecular lo que produce un

aumento muy grande de presi6n tipicamente con valores

muy superiores a la tensi6n de fluencia del material, si el

material en que esto tiene lugar es dQctil, la prd6n se

relajard por deformaci6n pldstica del material, p r o si es

frdgil lo hard a trav6s de la formacibn de fisuras, este

proceso se produce tipicamente entre -60 O C y 150 O C

debido a que por debajo de este rango de temperaturas

10s mecanismos de difusi6n se hacen extremadamente

lentos y por encima del mismo no se produce la

recombinaci6n de hidr6geno at6mico a molecular

requerido por el mecanismo de fisuraci6n; en la figura 1.31

(Ref.3) se muestra el efecto de fragilizaci6n que produce la

presencia de hidr6geno disuelto en el acero ferritico en

funci6n de la temperatura. Puede verse que la maxima

fragilizaci6n se produce a temperaturas pr6ximas al

ambiente.

Figura 1.31 Fisuracidn asistida por Hidrdgeno

1.5. Iniclaci6n y Aspectos Relaclonados con el C6dlgo AWS

D 3.6M "Especificaci6n de Soldadura Bajo Agua"

La idea de esta parte del trabajo es introducir un poco m4s al

lector al cddigo AWS D3.6M "Especificacidn de Soldadura Bajo

Agua", el mismo que rige para aquellos procesos de soldadura

realizados debajo del agua. Es importante aclarar que aunque

el desarrollo de este estudio est4 enfocado a la soldadura bajo

agua "Humeda", este cddigo tambih cubre a aquella

soldadura que aunque es ejecutada en un medio como el agua

es llamada soldadura "Secan, sin embargo esta ultima no es

considerada en el presente trabajo.

Tambi6n se brindara informaci6n que nos perrnita conocer lo

que es un procedimiento de soldadura (WPS), asl como

tambi6n la importancia del mismo en 10s diferentes trabajos

relacionados en el area de la soldadura.

lnicios dei c6digo AWS D3.6 M CIB--POL

El desarrollo mas significativo en 10s ultimos 15 aAos en el

campo de la soldadura humeda, ha sido la publicaci6n de ANSI

(American Standars Institute) I AWS D 3,6 4 3

"ESPECIFICACI~N DE SOLDADURA HUMEDA" que abarca

opiniones concernientes a la calidad de soldadura humeda, con

criterios objetivos probados, ya que en esta actividad se

manejan variables esenciales que no estdn presente en la

soldadura conventional o de superficie.

En 1974 La Sociedad Americana de Soldadores (AWS) inici6

un nuevo subcornit6 para la investigaci6n de las soldaduras

su bmarinas, secas y humedas; formulando especificaciones

comprensivas para esta actividad. Este comit6 llamado D3b,

integrado por ingenieros y personal representativos de

agencias gubemamentales de Los Estados Unidos, compafllas

petroleras, contratistas de buceo, compaAias constructoras de

insumos y organismos de educacidn; lanzd las primeras

especificaciones en el aAo de 1983, luego en 1999 fueron

desarrollados en concordancia con 10s requerimientos de la

American Standars Institute (ANSI), la maxima organizacidn en

materia de regulaciones, reglamentaciones, M i g o s y

especificaciones de este Pais, las mismas que fueron

aplicadas con mucho bxito en Norteambrica, Europa, Asia y

Medio Este, lo que impliu5 una pronta aprobacidn a nivel

mundial.

Su objetivo es proveer estdndares para la calificacidn de

soldadores submarinos, procedimiento de soldadura y corte

submarino, para establecer variables esenciales y en general

proveer un documento que hiciera posible al usuario

seleccionar el procedimiento de soldadura o corte apropiado y

obtener soldaduras calificadas de desempeAo deseado.

Este cMigo AWS D 3.6 M tiene como alcance, toda soldadura

que se realiza bajo agua, sea esta:

- Soldadura Seca

- Soldadura Hlimeda

Cumple entonces con brindar especificaciones de fabricacidn y

calidad para aquellos trabajos por realizar en soldadura bajo

agua, sin importar el tip0 de procedimiento que este sea; asi

tambi6n se encuentra debidamente estructurado para su mejor

manejo y comprensi6n en las siguientes partes.

- Provisi6n General

- Clasificaci6n y DiseRo de Juntas Soldadas

- Manufactura

- T6cnicas

- Calificaci6n

- Anexos

lnforrnaci6n general del C6digo

En este c6digo se puede apreciar puntos como el alcance de

este, asi como tambikn, el prop6sito y la adecuada aplicaci6n

del mismo, 10s metales base que esan especificados dentro de

este t%digo, 10s procesos que pueden ser usados y otros.

En lo que respecta al alcance, esta especificaci6n cubre

entonces la soldadura bajo agua, sea esta soldadura seca o

soldadura homeda. Asl como tambibn las operaciones

requeridas en la superficie, relacionadas al soporte de la

soldadura bajo agua, todas estas estdn dentro del alcance de

este documento, el mismo que no ampara a la soldadura en

superficie. Toda provisi6n de este documento aplica igual a

construcciones nuevas y a modificaciones y reparaciones de

estructuras existentes bajo agua.

El prop6sito de esta especificaci6n es lograr que se sigan

estdndares de fabricaci6n y calidad para la soldadura bajo

agua. Asi tambih se aclara que el presente documento

puede ser usado en conjunci6n con otros u5digos aplicables o

especificaciones para disefio, construcci6n o reparaci6n.

La aplicaci6n de u5digo encierra que toda referencia que

necesite ser aprobada, debe ser debidamente interpretada

para significar una aprobaci6n, la misma que debe ser hecha

por una persona previamente designada que a m a para y en

nombre del cliente. El cliente a su vez puede designar a un

ingeniero, inspector u otros a actuar en nombre de 61,

asegurAndose que 10s requerimientos de esta especificaci6n

Sean cumplidos. El cliente entonces debe especificar la

autoridad designada que lo representa, de tal manera que el

thnino cliente debe ser usado para aquella autoridad que lo

representa .

En esta especificaci6n cuando se emplee el t 6 m - se

lo tendrA que interpretar como un requerimiento mandatorio, la

misma que excluye cualquier idea a discreci6n del interprete.

Por otra parte la palabra "Deberla" indica una recomendaci6n

que por lo tanto no deberA interprethelo como mandatorio,

asi tambi6n la palabra "Puede" no implica una obligaci6n

permitiendo una libertad de expresibn y permisibn (Ref.5).

Los metales base que se encuentran incluidos en la presente

especificaci6n son aceros al carbono, aceros de baja aleaci6n

y aceros inoxidables austeniticos comllnmente usados en la

fabricacibn de estructuras de aceros. La soldabilidad del acero

y el procedimiento de soldadura de 6ste, debe ser establecido

para su calificaci6n. Para aquello, cada procedimiento debe

ser calificado basado en contenido de carbono, carbono

equivalente y el esfuerzo del metal base a ser soldado en

produccidn. La produccidn de la soldadura por encima de un

carbdn equivalente del metal base o esfuerzo que el calificado,

debera requerir una recalificacidn del procedimiento (el c a M n

equivalente no debera ser empleado en metales bases de

aceros inoxidables austeniticos).

Los procesos de soldadura que estan dentro de esta

especificacidn son:

- GMAW 'Soldadura por Arco de Metal y Gas",

- GTAW 'Soldadura por Arco de Tungsteno y Gasn

- FCAW 'Soldadura por Arco con Ndcleo de Fundente"

- PAW " Soldadura por Arco de Plasman

- SMAW "Soldadura por Arco de Metal Protegidon.

Por otra parte, en cuanto a seguridad, este documento no es

un esMndar de seguridad, por lo que no establece una

ejecucidn de 10s requerimientos para 10s problemas de

seguridad o procedimientos asociados con bucear o soldar

bajo el agua. Sin embargo el anexo D del rnismo provee

alguna guia relacionada a la seguridad en 10s procesos de

soldadura y corte bajo el agua. Adicionalmente a esto provee

tambibn cierta informaci6n de seguridad en lo que respecta a la

soldadura que puede ser encontrada en el anexo E del mismo.

El segundo capitulo del c6digo AWS D3.6 M esta relacionada

con la Clasificaci6n y el diseflo de las juntas soldadas. Una

clase de soldadura especificada a un nivel de servicio, y un

conjunto de propiedades requeridas, definidas por 10s ensayos

mednicos, apariencia de la superficie y exhmenes no

destructivos requeridos, son 10s que confirrnardn la clase de

soldadura a cual esta pertenezca. A continuaci6n detallamos

esta clasificaci6n:

- Soldadura Clase A

Las soldaduras Clase A bajo agua, son hechas para

aplicaciones en 10s cuales la junta a soldar soportar6

altos esfuerzos comparables a sus convencionales en

superficie. En virtud a las propiedades y ensayos

requeridos.

- Soldadura Clase B

Las soldaduras clase B bajo el agua son hechas para

aplicaciones menos criticas. Aplicaciones donde la

porosidad moderada, la baja ductilidad, y otras

discontinuidades limitadas, pueden ser toleradas.

- Soldadura Clase C

La soldadura Clase C bajo el agua necesita satisfacer

solo pequefios requerimientos con respecto a la dase A,

B y 0; y son hechas para aplicaciones en donde la

carga o presibn, no es una consideracibn primaria.

- Soldadura Clase 0

Este tip0 de soldadura bajo el agua, debe cumplir con

requerimientos de algunos cbdigos de diseflo, o de

especificaciones, y tambikn requerimientos adicionales,

definidos dentro de ellos. De tal manera que la

soldadura bajo el agua cumpla con las exigencias de las

condiciones de trabajo.

En una solicitud para trabajo o contrato u oferta, el cliente

deberd especificar cada clase de soldadura y 10s

requerimientos suplementarios para el propbsito del trabajo.

Por ende toda la soldadura de produccibn en concordancia con

esta especificacibn deberd ser hecha tambi6n en concordancia

con el procedimiento de soldadura calificado.

El capitulo 3 del cbdigo esta relacionado con la ~an%8@&

Toda sddadura que este en concordancia con esta

especificacibn deberd ser examinada usando el criterio

especifico para el tip0 particular de clase de soldadura, este

requerimiento es aceptado cuando 10s resultados de la

exdmenes requeridos son sometidos y aceptados por el

clientes. En este mismo capltulo del &dig0 se topan temas

relacionados con las tolerancias, perfiles de soldadura,

soldadura de punto o soldadura temporal, reparacibn, granalla,

chisporroteo y limpieza de soldadura.

El capitulo cuatro llamado Mcnica, relaciona temas como

manipular correctamente 10s electrodes una vez que estos son

removidos de su empaque original, aqul se indica que estos

debe ser protegidos o almacenados de manera que sus

caracteristicas o propiedades de soldadura no se vean

afectadas de manera adversa, la manera en que 10s electrodos

deben ser almacenados deberan ser recomendadas por el

fabricante. De igual forma el mdtodo en que se transportardn

10s electrodos bajo el agua debera ser especificado en el

procedimiento de soldadura.

Este capitulo tambidn habla sobre la medici6n correcta de

variables como voltaje, amperaje, composici6n del gas de

proteccibn, flujo de gas; debera ser obtenido en el lugar mismo

donde la soldadura es ejecutada es decir en el lugar de

producci6n de la misma.

El capitulo cinco trata de La Calificaci6n, aqui existe

informaci6n sobre la aprobaci6n del procedimiento, donde se

indica que toda soldadura debera ser realizada en

concordancia con un procedimiento de soldadura especifico

(WPS), este a su vez debera ser previamente calificado en

concordancia con 10s requerimientos de la presente secci6n.

La evidencia satisfactoria de que el procedimiento fue

calificado deberd ser sometida en forrna de un registro de

procedimiento calificado al cliente (PQR) soportando el WPS y

aprobado por el cliente antes de su ejecucibn en produccibn.

Los exdmenes o ensayos de soldadura deberdn demostrar que

una junta de integridad requerida puede ser hecha dentro de

las variables esenciales del procedimiento especificado. Estos

ensayos o exdmenes especificos son requeridos para cada

clase de soldadura.

CIB-MPOL

Todas las personas encargadas de ejecutar alguna soldadura

deberan ser calificadas, la evidencia satisfactoria de este

requerimiento deberdn ser sometidas a la aprobacibn del

cliente previo al desarrollo de la soldadura de produccibn. g$ <-

~PO'' - EspecMcacidn y callflcacldn de un procedimiento de

soldadura

Un WPS es un documento (procedimiento) que ha sido

preparado y probado por medio de la calificacibn y es

usado para suministrar la direccidn necesaria y el control

cuando se efectrja una soldadura.

Este procedimiento tiene que relacionar como minimo

todas las variables descritas en la tabla 3,

correspondiente al cddigo AWS D3.6M para el proceso

que sea aplicable.

Estas variables incluyen:

- Las variables esenciales y no esenciales relativas a

cada proceso usado en el procedimiento.

- Los rangos aceptables.

- Otra informacidn que se desee para un control

adicional.

Es importante resaltar que dicho procedimiento tiene

que hacer notar 10s rangos aceptables a ser seguidos

cuando s6 este realizando el trabajo de soldadura.

Hay que recalcar tambien que la intencidn del

procedimiento de soldadura es dar directivas al personal

envuelto en la ejecucidn del trabajo.

Variable Esenciai (procedimiento)

Es cualquier cambio en una condici6n de soldadura la

cual afecta las propiedades mechicas de la uni6n

soldada como por ejemplo:

- Proceso de soldadura

- Metal de Aporte

- Eledrodo ( de diferente clasificaci6n AWS)

- Precalentamiento o Tratamiento tbrmico pos-

soldadura

- Cambio de Fabricante ( aunque posea igual

clasificacion)

Variable No Esenciai (Procedlmiento)

Un carnbio en una condici6n de soldadura, la cual no

afecta las propiedades mednicas de la uni6n soldada

tales como:

- Salinidad del agua

- Corriente de agua

Limitaciones de variables esenciales y no esenciaies

Cualquier cambio en una variable esencial bajo el limite

de lo especificado en la tabla 3 (Variable para soldadura

humeda), requiere de un desarrollo y calificaci6n de un

procedimiento por separado o revisi6n y recalificaci6n de

un procedimiento de soldadura existente. Los rangos

calificados de las variables esenciales serdn usados en

el procedimiento de calificaci6n del ensayo. Los

cambios pueden ser hechos en las variables no

esenciales sin recalificaci6n del procedimiento. Este

puede ser documentado por revisi6n o corregidos en el

procedimiento de soldadura especificado (WPS) original

o en nuevo (WPS)

TABLA 3

VARIABLES DE LA SOLDADURA H~MEDA Jlmb

a) Soldadurn & F i l e a Soldamw a Tope b) Soldadurn & Fllete mu&we a S d d a h de u sdo pase y v i m c) omisi6n&rrspddo. a) F~aTope:Undm#:imicntoend~o,Imdcaecimientoenlo~&lara(zo

un incremcnto en lo cam & la ralz mbr dl6 & lo calificado. (&a 5.9.4) e) SoldduraaTope,asoLdadurs&6letemulbpeseeEardc~dpbnafo 5.9.2. f ) T~&lowLdsdura&6lete:Psraunacdifieaci6n&mprocodimieato&d~&

Imso10pase(longitud)debesaI.myunapodDccibnmlnima&lEarmmo&sol~ debescro.sS.~Seslaloagitud&laddamwcdificadaP~locdifi~&m . . pm&mmto & soLdsdura multipme, la pduccih m6xima &I imm6u & sddadura &be sa1.SS y l o m l n i m a ~ d e l ~ & s o L d s d u r a & b e s e r O . 5 S , d m d c S c s l a longitud & lo soldadun calificada

Mchl Buc a) Espesaes:Pan~~&ed~atcrpe,lacdifi~ccmmtan&espaagt

&platinsotubda,Lemdrtima~~ccmplatinsoMdeespasa~sor1.5t La mlnima pmduceib & pLtina o M m lo pared & espara dekrb sa 0.5t Sin ~ s i l o ~ & d ~ a & e s p e s c n * l & 6 m m ( 1 / 4 ~ ) o m a n a a , e l tan & soldedurs deb& n dd mi- espem.

b) U n m c n m c a t o ~ e l ~ s q u i v l J m t e o ~ e & & I ~ p a r m C i m a d d c e l i f i c a d o ( m splice a caos imxidabhr autcnfticoJ)

c) Unm~endmfn imo&cafurm,&~gpec f i cadobqjodquecd i f i c6 . d) Uncambiomkcomposi&pufmicakjoelpuccsli6o6~5.6.1

rnhrhldc Apo* a) WufacPPacibn b) Csmbio en el oambre ccmvmcnoal( anmple rmbos ac eacucntran deum & la misme

claeifiFacibn & runted & Apate). c) DiamctlO 4 M- de y Y atrrmcrfaje bajo agy e) A d i c 1 6 n o d i m m a c i b n o ~ ~ & d t a n t e s o r e c u b r i m i e n t o ~ o l g u a f ) Unm~endticmpo&exposioi6n&mamial&aporteenlocdificacl6n&lo

profimdidadehnosf&ica

1.6 Seguridad Bajo el Agua

En las operaciones de soldeo bajo el agua,

independientemente del procedimiento utilizado, es necesario

que constantemente se insista en la importancia de la

seguridad. En estas operaciones bajo el agua la vida y

seguridad de 10s buceadores dependen de la estricta

observancia de las normas.

Ya que el empleo de corrientes ekctricas, para el soldeo bajo

el agua puede resultar muy peligroso. Especialmente en el

mar, donde el agua salada es excelente conductor de la

electricidad.

Empleando 10s medios de proteccion adecuados y respetando

estrictamente las medidas de seguridad que se mencionardn

mds adelante, el soldeo bajo el agua puede realizarse con un

grado de seguridad suficiente. El personal dedicado a este tipo

de operaciones debe convencerse de que la seguridad no es

cuesti6n de suerte y que el riesgo es minimo si se ha tomado

las medidas posibles para evitarlo y se ha previsto 10s sistemas

de emergencia oportunos.

A continuacidn se mencionan aquellas normas que por

seguridad se deben seguir:

- La soldadura bajo el agua solo debe encomendarse a

buceadores especializados, con el auxilio de ayudantes

en superficie perfectamente entrenados.

- El buceador debe practicar la soldadura, antes de

intentar el trabajo en el agua.

- El buceador debe asegurarse de que todo su cuerpo

estb perfectamente aislado de la pieza, o del porta

electrodes y del agua. Para evitar contactos a travbs de

la escalafandra hay que cubrirse la cabeza con una

caperuza adecuada.

- El circuito de trabajo debe estar sin tensidn salvo

cuando se esta soldando.

- No operar el interruptor de seguridad ni abrir o cerrar el

circuito, a menos que estb especificamente dirigido por

el buzo; y cuando este asi lo haga, deberd confirmar

cada cambio por medio del sistema de comunicacidn.

- La corriente deberA estar cortada todo el tiempo,

excepto cuando el buzo se encuentre soldando (el

intemptor deberA estar abierto excepto cuando el buzo

este soldando)

- Mantener siempre el interruptor de seguridad al alcance

de la mano del supervisor del trabajo, todo el tiempo.

- Despues de insertar el electrodo en la pinza, este d e b

dirigirse hacia la pieza antes de solicitar la corriente.

lnmediatamente despues de cerrar el circuito, el

ayudante de superficie ha de confirmar esta accidn

anunciando al buceador que ya tiene corriente.

- Cuando se termina un eledrodo, el buceador no debe

intentar sacar la colilla hasta haber solicitado el corte de

corriente y haber recibido la confirmacidn desde la

superficie.

- Es necesario realizar una verificacidn periddica del

aislamiento del porta-eledrodo y cables. Todas las

conexiones sumergidas deben estar perfedamente

aisladas e impermea bilizadas.

- Encima del buceador y en una zona de radio igual a la

profundidad, no debe permitirse ninglln tipo de trabajo.

- El equipo de buceo ha de estar en buenas condiciones y

provisto de un sistema de comunicaci6n confiable.

- El buceador debe siempre llevar guantes de goma

perfectamente secos por el interior.

- Antes de iniciar cualquier operaci6n de soldadura,

asegurarse de que no existan sustancias combustibles o

explosivas (sblidas, llquidas o gaseosas) en las

profundidades de la zona de trabajo, ni en un radio de

15 metros, como mlnimo. C m o se sabe las

proyecciones pueden desplazarse a grandes distancias

especialmente hacia arri ba.

- No operar el interruptor de seguridad en atm6sferas

combustibles

- Debido a las malas condiciones de estabilidad y

visibilidad que suelen prevalecer en el agua, el buceador

debe manejar el porta electrodes con mucho cuidado,

procurando no enredarse con mangueras o cables.

Mantener 10s cables y gomas lo mAs lejos posible de la

zona de trabajo.

El buceador no debe permitir que alguna parte de su

cuerpo o del equipo de protecci6n llegue a formar parte

del circuit0 electrico.

- Cuando se utiliza la corriente alterna 10s accidentes

el6ctricos suelen ser mds graves. "La corriente alterna

no es recomendable para trabajos en el aguan

- Bajar la pantalla de proteccibn visual antes de cebar el

arco.

- Para desplazarse al fondo o subir a la supefficie, quitar

previamente el electrodo

- Vigilar peribdicamente la escalafandra y otras partes

met6licas del equipo, para ver si est6n deterioradas

como consecuencia de fenbmenos electroliticos. La

toma de masa debe realizarse de forma que estos

fenbmenos se reduzcan al minimo posible. (no trabajar a

espaldas de la toma de masa).

- Despues de cada jomada de trabajo debe lavarse el

pork electrodos, con agua dulce, secdndolo a

continuacibn, a fin de mantenerlo e buenas condiciones.

Figura I .32 Supervisibn y seguridad en

superficie

I MetodologCa y Seleccidn de Variables

Cuando se esG desarrollando un WPS, usted deberd primer0

determinar cual es la utilizacibn que se intenta para este, la

disponibilidad del equipo para soldar, y la habilidad de 10s

soldadores usando este procedimiento. Existen cuatro

consideraciones a tomar en cuenta:

- Cudles materiales base van a ser soldados?

- Cudles metales de aporte serdn usados?

- Cudles procesos de soldadura serdn usados?

- Cudles restricciones de servicio o produccibn son

requeridos?.

- Selecci6n del Material Base

La Seleccibn de material base, para poder

desarrollar un procedimiento de soldadura deberd

tomar en cuenta 10s siguientes lineamientos antes de

su seleccibn de acuerdo a lo estipulado en la tabla 3.

Todo aquello fuera de lo estipulado en la

mencionada tabla es considerado una variable

esencial.

El primer paso serd entonces seleccionar el material

base mds conveniente, cabe indicar que el

porcentaje de carb6n equivalente deberd ser mayor

que aquel material que se desee soldar bajo el

mismo procedimiento de soldadura. Para esto serd

necesario conocer la composici6n quimica y carb6n

equivalente del material a utilizar en el

procedimiento, el mismo que puede ser determinada

por un andlisis quimico.

Por todo lo anteriormente dicho la composici6n de

todo material base a ser soldado en producci6n

deberd ser conocida o determinada en concordancia

con uno de 10s siguientes metodos.

- Limite de Especificaci6n: La composici6n quimica

del material puede estar basado sobre el mdximo

valor permitido por la especificaci6n aplicable. Si esto

puede ser demostrado, es decir que todo material

caliente a ser soldado en producci6n estaria siendo

producido en concordancia con la especificaci6n

referida.

- Reporte de Fhbrica: La composici6n quimica del

material puede estar basada sobre 10s mbimos

valores de 10s rangos provistos por el productor de

metales en caliente a ser soldados en producci6n.

La composici6n qulmica del metal puede estar

basada sobre 10s valores actuales, como 10s

determinados por analisis en concordancia con

Estandares IS0 o ASTM por cada material en

caliente a ser soldado en producci6n.

Eligiendo cualquiera de 10s m6todos anteriormente

descritos y que estdn amparados en el articulo 5.6.1

del c6digo AWS D 3.6M; se debera tomar en cuenta

que el carbon equivalente del acero utilizado para la

calificaci6n del procedimiento de soldadura, no

debera ser menor que el carbbn equivalente de 10s

aceros a ser soldados en produccibn.

Cuando solo el carbbn y el manganeso son

conocidos, la siguiente formula altemativa puede ser

usada.

- Selecci6n del Material de Aporte

En el caso del material de aporte, esta selecci6n es

muy diferente a la que se pudiera utilizar en otros

ddigos, a continuaci6n se detalla 10s lineamientos a

seguir para la misma. Todo aquello fuera de lo

estipulado se lo considera una variable esencial.

Se tendrd que tomar en consideraci6n la marca del

fabricante, cualquier cambio en este sentido,

implicaria el desarrollo de un nuevo procedimiento,

aunque ambos materiales de aporte est6n dentro de

una misma clasificaci6n. Para este trabajo se ha

decidido trabajar con la marca Hydroweld una

empresa lider en el desarrollo de soldadura hlimeda

y que ademds han presentado buenos resultados en

soldadura clase A y B bajo el c6digo AWS D 3.6M. El

electrodo es el Hydroweld F S ~

Sin embargo para un mejor entendimiento del lector

hay que considerar a dicho electrodo como un

electrodo compuesto por revestimiento rutilico, hay

que indicar que cualquier carnbio en el didmetro del

electrodo es considerado tambi6n variable esencial,

en este caso en particular el electrodo es de 1 1 8 o

3.25 mm.

- La posicidn de soldadura

La posici6n de soldadura a elegir a h no esta

realmente definida, sin embargo por la comodidad

que pueda experimentar el buzo/soldador y por la

necesidad de poder realizar un diseno de junta

recomendable para la posici6n a trabajar se tiene

pensado trabajar en posici6n 1G y 2G esto es plano

y horizontal respectivamente.

La selecci6n de la junta adecuada es

significativamente decisiva para el resultado final de

la junta soldada, tomando en consideraci6n las

limitaci6n en cuanto a variedad de electrodo en la

soldadura humeda, el diseno de la junta no solo debe

estar orientado a la posici6n de soldadura o al

espesor del material base sin0 tambien a la

caracteristica de electrodo a utilizar y el didmetro del

mismo.

Conociendo que 10s electrodes rutilicos poseen

caracteristicas de penetraci6n solo aceptables y que

ademds la polaridad directa utilizada normalmente en

la soldadura humeda afecta de manera desfavorable

a la penetracibn del material de aporte, fue necesario

recurrir a una junta que beneficie la penetracibn, esta

fue la junta a tope tipo V con talbn, con la idea de ir

variando la abertura de raiz a un maximo 3 mm. De

tal forma de reducir la posible oscilacibn del

electrodo al tratar de rellenar la junta, movimiento

que resulta normalmente perjudicial y dificil de

controlar en un medio como el agua. La idea

fundamental es entonces facilitar la penetracibn del

material de aporte, al que tambih aprovechar la

tasa de deposicibn del material de aporte de tal

forrna que el movimiento oscilatorio del soldador se

reduzca al minimo, evitando asi el ingreso del agua a

la proteccibn gaseosa que ejerce 10s humos al

momento de estar el arm encendido.

lgualmente se deja abierta la posibilidad de realizar

un cordbn de respaldo, en caso que la penetracibn

del condon de ralz no sea satisfactoria.

- Selecci6n de Tipo de Corriente y Polaridad

El tipo de corriente con el que se va a trabajar es

corriente directa (DC), la razones principales

obedecen a un tema de seguridad, asi como tambien

por que las caracteristicas de la corriente directa

(DC), son apropiadas para mejorar el arco de

soldadura, lo que en el caso de la soldadura humeda

es realmente importante considerando el medio que

rodea a esta.

La polaridad seleccionada, es la polar-tiva (-

), la razon por la que se no se trabaja con polaridad

(+) es por que la electr6lisis podria producirse y

causar una rdpido deterioro de algun componente

metdlico en el porta electrode, la misma que a mds

de causar un daAo material podria poner en riesgo la

vida del buzo/soldador.

Por otro lado 10s valores de corriente y voltaje son

propiamente un dato experimental que serdn

tornados al momento de realizar la prdctica. Hay que

indicar ademds que la idea de este experiment0 es

tambibn sacar conclusiones sobre el comportamiento

de la soldadura, para esto se tiene pensado trabajar

con variables que nos permita hacer el seguimiento

a este comportamiento. Dicha variable sera el

amperaje, el mismo que serd sometido a cambios

crecientes en las diferentes probetas, al igual que el

voltaje pardmetro que en gran medida es dado por el

buzo/soldador ya que varia en funci6n de la longitud

de arco. Cabe indicar ademAs que para esto nos

hemos basado a en la tabla 2 que nos da una idea

del rango de amperaje con 10s que trabaja el

electrodo.

AdemAs de lo anteriormente descrito es importante

considerar que 10s electrodes bajo agua tienen un

comportamiento diferente al que pudiera tener un

electrodo conventional en superficie; las razones son

diversas y van desde, caida de tensibn, polaridad

inversa, salinidad del agua, hasta profundidad donde

se esta trabajando; todos estos factores influyen en

que el arm se comporte de manera diferente aunque

se estb trabajando con el mismo amperaje en el

equipo, por todo aquello las mediciones ekctricas

hechas bajo las condiciones de calificacidn y

produccidn, podrlan involucrar diferentes niveles de

exactitud, por lo que 10s rangos el4ctricos deben ser

considerados nominales.

- Tipo de limpieza

El tip0 de limpieza a usar son dos: el primer0 por

medio qulmico que asegure una superficie libre de

impurezas antes de trabajar, para ello se usard un

limpiador spray; y el segundo es un disco de

desbaste cuando se requiera hacer un tip0 de

- Precalentamiento CIB-EBPOL

No se realizard precalentamiento a la junta, por

considerar que no es necesario en espesores de

este tip0 y tomando en consideracidn que se trata de

un acero de bajo carbono.

- Velocidad de Avance

Este dato es tambibn experimental y sera tomado

una vez que se realice la prueba, depende ademas

de otros factores como:

- Tipo de Junta

- Posicibn a soldar

- Amperaje

- Espesor del material base

- Tipo de electrodo

- Habilidad del soldador

Sin embargo en funcibn de lo mencionado

anteriorrnente en este capitulo, 10s principales

problemas de la soldadura humeda son causados

por las altas tasas de enfriamiento de la junta

soldada, este factor convierte a la velocidad de

avance en uno de 10s elementos protagonista dentro

de la soldadura humeda, product0 de lo indicado es

evidente que de existir una velocidad de avance muy

alta la tasa enfriamiento sera mayor que en aquella

junta en la que la velocidad de avance fue menor.

De ah[ que en la soldadura homeda lo que se desea

es encontrar la velocidad de avance correcta que

perrnita evitar tasas de enfriamientos elevadas que

afecten de manera considerable la microestructura

del material, ayudando as[ a la feliz culminacidn del

trabajo, el mismo que se encuentra circunscrito en un

marco de ahorro econdmico en comparach con la

otra attemativa, que es la de realizar el trabajo en

superficie

- Tiempo de Pases y entre pases

Los tiempos de pase y entre paws, se rh tornados al

momento de realizar la prueba y corresponde a datos

experimentales.

- Profundidad

La profundidad a la cual se va a realizar esta prueba

esM supeditada a la condiciones del medio, por ser

hecha estas pruebas dentro de una piscina y en

taller.

Sin embargo existen limitaciones en lo que respecta

al rango calificado en funci6n de la profundidad

detenninada en la que se realiza el procedimiento de~

soldadura, para esto se recurre a la tabla 4

(Limitaciones de la profundidad para calificaci6n de

soldadura), este tabla consta de 4 dumnas, la

primera que indica el tipo de soldadura a calificar ahl

est4n descritas: 'Soldadura seca, la soldadura

homeda con acero al carbono, o de baja aleaci6n en

el material de aporte, soldadura homeda con acero

inoxidable austenitico como material de aporte,

soldadura homeda con otros materiales de aporte; la

segunda columna indica la profundidad en metro o

pies a la cual serd realizada la soldadura de

producci6n, la tercera columna indica en funci6n de

la profundidad, la mAxima profundidad a la que

puede calificar el procedimiento de soldadura, la

cuarta columna indicard entonces la profundidad

minima que califica este procedimiento de soldadura.

TABLA 4 PROFUNDIDAD LIMITE PARA CALIFICACI~N DE SOLDADURA

I Tipo de Soldadura I Profundidad I MAxima I Minima Pmfundldad Calificada (

Soldadura Seca

Soldadura Humeda para aceros al carbono, de bajo carbono o aleaciones

Soldadura HQmeda para aceros inoxidables austeniticos en material de aporte Soldadura Hljmeda con otros materiales de aporte

Profundidad de I Calificada Producci6n

de Soldadura Toda

lgual o menor I X mayor a 10 m

Xmas10 m

Mayor que 3 m

X mBs 10 m

X menos 10 m o 0.2X cualquiera superior X menor a 10m o 0.2X cualquiera su~erior

que 3 m Toda X minimo 10 m o 0.2X cualquiera

superior XmBs3m

X mlnimo 10 m (33 ft) o 0.2 X cualauiera su~erior

Notas Generales: 1. X es la profundidad a la cual fue calificada. 2. Para la maxima profundidad calificada , la profundidad debe ser medida desde el extremo inferior a ser soldado con una

tolerancia de mas menos 230 mm 3. Para la minima profundidad calificada , la profundidad debe ser medida desde el extremo superior a ser soldado con una

tolerancia de m8s o menos 230mm

EJECUCION EXPERIMENTAL DE LA SOLDADURA

HUMEDA

c I B - ~ ~ W L

La parte experimental de este trabajo se convirti6 en la

complementaci6n de aquella informaci6n te6rica recabada a lo largo

de toda el tiempo que dur6 la investigacidn. Es importante hacer un

parbntesis en esta parte del presente estudio para dar a conocer al

lector que se necesit6 de la colaboraci6n de algunas personas

relacionadas al campo de la soladura y el buceo para llevar a cab0 las

prdcticas de soldadura humeda, asi como tambibn de algunos

equipos que mencionaremos mds adelante

Fue necesario entonces realizar dos prdcticas finales, previo a ellas

se hicieron una serie de inmersiones para poder comprender de mejor

forma el comportamiento del arm de soldadura en este medio, asi

como tambib para entender el efecto de las variables presentes en la

soldadura hlSmeda (amperaje, voltaje, profundidad, visibilidad,

habilidad del buzo soldador etc.), indudablemente que la destreza del

Buzo/soldador juega un papel preponderante en la experiencia. Se

procederd entonces a realizar una primera prdctica en piscina y luego

de esta se realizard otra en taller bajo ciertas condiciones que nos

permitan establecer una comparaci6n entre ambas.

Como anteriormente se indid, la prdctica en piscina requiri6 de una

preparaci6n previa donde se presentaron algunos inconvenientes que

llevaron a realizar modificaciones en la manera como inicialmente se

pensaba trabajar, 10s mismos que serdn mencionados mds adelante.

Para ayudar a la comodidad del buzo/soldador se disefi6 un

posicionador de probeta, el mismo que tendrd como funci6n principal

el posicionamiento seguro de la pieza bajo el agua y dar comodidad al

soldador para la ejecuci6n del trabajo; la experiencia consistird en

soldar seis probetas de 6 mm y 8 mm respectivamente. Luego se

realizard una nueva prdctica, esta vez en un taller con la idea de

mejorar las condiciones que rodean al soldador, conservando el arc0

de soldadura bajo el agua, estas modificaciones nos perrnitirdn mds

adelante establecer como afectaron estos cambios a 10s resultados

obtenidos en ambas prdcticas, lo que permitira mas adelante la

elaboraci6n de recomendaciones y conclusiones en este sentido.

Se proceder6 para esto al diseflo y construcci6n de un recipiente de

acero al carbono el mismo que contar6 en su interior y a sus

extremos con unos topes que permitiran sostener a la probeta a

soldar en su interior, de igual manera cuando este recipiente sea

llenado con agua la probeta permanecerd sumergida .

Otro cambio que se realizara en esta prhctica es que se afladira sal al

agua con la idea de simular las condiciones del agua de mar, esta

modificaci6n busca como finalidad mejorar la calidad de arc0 que se

desarrolle en este trabajo.

Figura 2.1 Recipiente diseflado para la prhctica en taller

A continuacidn se detalran 10s equipos y accesorios utilizados

2.1.1 Descrlpci6n de Equipos

A continuacidn se describen aquello utilizados

en piscina

CfB-IWPOL

- El traje utilizado para esta practica es de neopreno, y

de tip0 hl5medo. El mismo que perrnite la entrada de

una pequeAa cantidad de agua entre el traje y la piel,

de tal manera que en un pequeAo espacio de tiempo

el agua adquiere la misma temperatura que la del

cuerpo.

Figura 2.2 Traje de Buzo de Neopreno

- Ademas del visor, se montaron vidrios oscuros en su

interior, aqul hay que puntualizar que aunque el

soldador present6 problemas de una buena visi6n

para poder hacer su trabajo, la protecci6n visual

provista por medio de vidrios oscuros de

denominaci6n DIN es importante, norrnalmente la

protecci6n mas utilizada para trabajos de soldadura

van desde la numeraci6n #10 hasta la #12, el

nomero a elegir depende de algunos factores como

la sensibilidad en 10s ojos, asi como tambien de la

radiaci6n emitida por el arm de soldadura a utilizar.

Sin embargo en las inmersiones previas realizadas

anteriormente, el buzo mostr6 su inconformidad al

trabajar con lentes muy oscuros de protecci6n que

salvaguardaba sus ojos, 10s cuales le impedlan

realizar un correct0 trabajo. Se trabaj6 entonces con

vidrios #7 y #8.

- Una maquina de soldar con tecnologla marca

Lincoln y el modelo es lnvertec 350 Pro, la misma

que es una fuente portable que puede llevar hasta el

punto de-trabajo una corriente DC entre 5 amperios

hash 425 amperios.

Flgura 2.3 Maquina de soldar Lincoln

- Porta electrodes y pinza de tierra de

caracteristica de similares capacidad de trabajo

hasta 500 amperios, asi como tambibn cables 2.0

para la conexi6n de 10s elementos antes

mencionados.

- Se trabaj6 tambien con un interruptor de

seguridad siempre requerido para este tip0 de

trabajo, con la finalidad de poder romper rapid0 el

circuit0 en caso de una emergencia.

Figura 2.4 Interruptor de seguridad

- Un marcador de metal el mismo que nos ayud6

sefialar en cada probeta 10s pa&metros con 10s

que se habia realizado la soldadura. Por otra

parte tambien sirvi6 como una especie de guia en

algunos casos donde el buzo/soldador manifest6

dificultad en la visi6n para poder soldar la probeta

en un medio como el agua y tambien debido a

una abertura de raiz muy pequefla.

- Un compresor a gasolina que sirve como medio

de abastecimiento de aire para el buzo. Marca:

Kaiser, Procedencia: Alemania

Figura 2.5 Compresor de Pistones

- Posicionado de probeta para piscina, este equipo

esta conformado por una base trfpode con un eje

vertical de aproximadamente 200 cm y un

conjunto de bocines que ensamblan al eje vertical

con otro transversal a 61 de 160 cm, permitiendo

mover una pequefia base instalada sobre el eje

horizontal de manera libre tanto a la derecha

como a la izquierda y a favor y contra de las

manecillas del reloj, asl tambidn el bocln en el eje

vertical permite mover la base instalada hacia

arriba o hacia abajo de acuerdo como lo que

requiera el buzo, ambos bocines est6n provisto

de 10s respectivos pemos que permiten su ajuste

una vez que la posicibn de la pequefia base es

satisfactoria. La dimensidn de esta base perrnite

a su vez sujetar la placa de manera horizontal o

vertical por medio de unos topes de sujecibn que

son apretados por 4 pernos distribuidos en cada

esquina de la base.

Figura 2.6 Posicionador de probeta para piscina

En la prdctica de taller la misma mdquina de soldar que

aquella usada en la piscina y adicionalmente con 10s

accesorios y equipos detallados a wntinuacibn:

- Recipiente posicionador de probeta para taller,

cuyas dimensiones son de 60 cmX 40 cm x 20

cm, el mismo que cuenta con unos topes en sus

extremos para poder asentar la probeta a W

altura de 15 cm con respecto a su base. A este

recipiente previamente se le vierte agua, dejando

la probeta sumergida a una profundidad maxima

de 1 cm con respecto a la superficie.

Flgura 2.7: Recipiente posicionador de taller

- Fue necesario para protecci6n del soldador el uso

de una mascara de soldar, asl como tambien de

guantes.

- Fue necesario el uso de discos de corte y de

desbaste que permitan hacer un adecuado bisel a

la junta asl como tambien el desbaste

recomendado que permitan encontrar la raiz del

cond6n cuando se trabajo con respaldo.

- Conociendo el comportamiento inestable del arm,

en la prdctica en piscina puede ser mejorado

incrementhdole el grado de salinidad al agua

para incrementar su conductividad electrica. Se

recurri6 entonces a afiadir sal al agua que

contenia el recipiente.

2.1.2 Propiedades del material base

El material base es un acero de bajo carbono, el cual se

escogi6 por poseer excelentes caracteristicas de

soldabilidad.

TABLA 6

SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS

Comun

contenido

Soldabilldad

Excelente

carbono Acero dulce

Acero de mediano contenido de carbono

Excelente

0.1 5%- 0.30% 0,30%- 0.50%

Buena F Regular (se precisa precalentamiento y frecuentemente tratamiento t6rrnico posterior a la

contenido de carbono

Acero de alto sin precalentamiento Y adecuado tratamiento posterior)

0.5%-1 .O%

De acuerdo a lo recomendado por el cddigo AWS D3.6M

se procedid entonces al andlisis quimico del material

para conocer la composicidn porcentual de sus

componentes. El resultado fue:

soldadura) Mala ( dificil de soldar

TABLA 6

COMPOSICI~N QU/MICA DEL MATERIAL BASE

Este analisis corresponde a un acero al carbon0 ASTM

A 516, comunmente utilizada en juntas soldadas que

van a ser sometidas a presi6n, para temperaturas

moderadas y bajas (Ref. 1 1 )

TABLA 7 CmEBPOL

PROPIEDADES MECANICAS DEL METAL BASE

fluencia (psi) a la tracci6n (psl)

2.1.3 Soldabiiidad

La soldabilidad es una propiedad del material, la misma

que establece una compatibilidad para ser soldado. Se

considera que un material posee buena soldabilidad si

se puede soldar sin dificultad, y no es necesario

procedimientos costosos ni especiates para obtener

simitares propiedades que el metal base.

La soldabilidad varia segh la composici6n quimica y tas

propiedades mechicas del material que va ser soldado,

es aqui donde el elemento carbono desempefla un

importante papel, ya que a medida que aumenta el

porcentaje de carbono en el acero, aumenta tambien la

dureza del material, propiedad que es inversamente

proporcional a la soldabilidad.

Sin embargo aunque el porcentaje de carbono en acero

es suficiente como para tener una idea de la facilidad o

dificultad con la que un material puede ser soldado, en

algunos casos especlficos es importante tomar en

consideraci6n 10s efectos de 10s otros elementos que

componen el material, este concept0 se lo expresa en

terminos de carbono equivalente (Ceq)

Usamos la fdrmula para sacar el Ceq del material, el

mismo que nos confirmard si el acero a trabajar posee

excelente caracteristicas de soldabilidad.

Todos 10s elementos se encuentran en porcentaje a su

peso en el material base. CE= 0.32%.

El carbono equivalente en la soldadura hQmeda es

importante ya que de acuerdo a la informacidn

consultada en diferentes medios, se ha comprobado que

es posible realizar juntas soldadas sin mayor riesgo a la

fisura en materiales base con un carbono equivalente

menor a 0,40%.

2.1.4 Material de Aporte

El electrodo utilizado es marca Hydroweld, el mismo que

fue desarrollado por Hydroweld FS TM empresa Iider en

Europa en la manufacturacidn de electrodes para

soldadura hQmeda. El didmetro de este es de 3.25 mm x

350 mm de largo. A continuacibn algunas propiedades

del material depositado proporcionado por el fabricante.

Pro~iedades

Resistencia a la Traccibn: 510 N/mm2

Resistencia a la Fluencia. 460 N/mm2

Elongacibn: 17%

Dureza: 175 Hv

Com~osicibn del material de~ositado:

Carbono C: 0.1%

Manganeso Mn: 0.5%

Silicio Si: 0.43%

Fbsforo P: 0.015%

Molibdeno Mo: 0.01%

Azufre S : 0.008%

2.2 Selecci6n de Pahmetros de Soldadura

Como podremos ver mds adelante en las fotos, 10s resultados

de la prdctica en piscina no fueron favorables, por lo que en

esta parte de este capltulo nos enfocaremos a detallar 10s

pardmetros de soldadura usados para la prdctica en taller y

solamente mencionaremos de manera general 10s pardmetros

utilizados en la prdctica de piscina en las tablas siguientes:

TABLA 8

DATOS EXPERIMENTALES EN PlSClNA

Probeta de 6mm

Probeta de 8 mm

Posici6n

Plano

Plano

Plana

Vertical Descendente

Abertura dejunta

(mm)

No

2

Abertura dejunta (mm)

2

Corriente (Amp)

140

140

Corriente (Amp)

160

Voltaje (Voltlos)

Junta

35

Voltaje (Voltlos)

34

36

A tope, bisel 60, con

Junta

A tope, bisel 60 sin tal6n A tope, bisel 60 contal(nr '

En las siguiente secuencia de figuras se puede apreciar wmo

se procedi6 en la ejecuci6n de la soldadura en piscina

Figura 2.8 Adecuando la posici6n a trabajar y

wnectando la pinza de tierra

Figura 2.9 Buzolsoldador se prepara a ejecutar la soldadura

Figura 2.10 Vista lateral de ejecuci6n de soldadura

Figura 2.1 1 lnicio de arco vista posterior

Figura 2.12 Ejecucidn de soldadura vista desde superficie

Flgura 2.13 Desarrollo de la soldadura desde otra vista

Figura 2.14 Retiro del posicionador una vez ejecutada

la soldadura

Aunque como se podrd ver mds adelante en las fotos de las

probetas el aspect0 de la soldadura fue mejorando en

comparacidn con las que normalmente se ejecutan en nuestro

Pais, sin embargo no reunlan alln las condidones necesarias

para pasar una inspeccidn visual de soldadura acorde con el

cddigo AWS D 3.6M.

Seleccidn de Padmetros para pdctica en Talier:

- Espesor

La elecci6n del espesor no corresponde a ninguna raz6n

tbcnica , sino a lo existente en el mercado

- Tipo de Junta CIS-EBPOL

El diseflo de la junta se convirti6 en algo muy importante

para garantizar la penetraci6n de la soldadura

considerando que las altas velocidades de enfriamiento

que se hacen presentes en el agua, aceleran la

solidificaci6n del metal depositado perjudicando la

penetracidn de este.

Para esto se consider6 una junta a tope con un Bngulo

de bisel con respecto a la vertical de 22 a 25 grados,

hay que indicar que se disminuy6 el Bngulo de bisel con

respecto a aquellas juntas hechas en piscina, la raz6n

para este cambio era reducir la necesidad de oscilaci6n

para rellenar la junta, movimiento que como lo hemos

mencionado anteriormente resulta tan perjudicial para la

soldadura. Asi tambibn de la experiencia anterior quedd

claro que era muy complicado garantizar la penetracidn

total en la junta, por lo que en esta ocasi6n se maneja la

alternativa de realizar un respaldo en caso de que se lo

considere necesario. La abertura de raiz vario de 2mm

hasta prdcticamente cero.

Figura 2.15 DiseAo de junta

- Posici6n de Soidadura

Considerando la manera en la que se iba a trabajar, es

decir sobre un recipiente con topes para asentar la

probeta y pensando en una posici6n que ayude a

mejorar la penetraci6n se trabaj6 en posici6n plana.

todss, ya que en ninguno de 10s casos se consigui6 una

penetraci6n total en el cond6n de ralz.

A continuaci6n las figuras correspondientes a la probetas

soldadas en esta prdctica.

ller

Figura 2.18 Probeta 5, ejecutada en taller

Figura 2.20 Probeta 7, ejecutada en taller

A continuaci6n las tablas de datos correspondiente a 10s pardmetros en la

practica realizada en taller

TABLA 9

OATOS EXPERIMENTALES OE TALLER

Muestra #3

Pase

Raiz 1 Pase Respaldo

Comente (amp)

160 1 52 129

Voltaje (volt.)

30 33 3 1

Tiempo Total (min)

5 10 7

Tiempo de Arm

(seg) 146 235 190

# de electr odos

3 4 2

Velocidad Avance

(mmlseg)

3,4 2,1 2,6

Energla de Arm

(joule/mm)

1401,6 2357,5 1519,6

I Respaldo I 155 1 31 1 175 1 6 1 3 1 2,91 l681,8l 152,5 31,5 176,3 6 4 3,1 2,9 1681,5

Muestra #7

Pase

Raiz 1 Pase Resnaldo

Corriente (amp)

162 138 155

Voltaje (volt.)

33 32 30

, ,, 1 Velocidad 1 Enernla

eEb~w"a (mm

3,25 3,1 1710,7 4 2,2 2031,4

2.25 3 8 1302.0

Tiernpo deArm

(seQ) 160 230 140

Tiernpo

7 6 5

2.3 Ensayos de Soldadura -

2.3.1 Inspecci6n Visual

La inspecci6n visual es el metodo mAs antiguo y mAs

utilizado en 10s ensayos no destructivos, y esta no solo

se refiere a la observaci6n directa de la junta soldada,

sin0 tambien a sistemas y componentes de maquinarias,

equipos, estructuras. etc.

Este procedimiento de ensayo puede rechazar cualqub

cord6n de soldadura, sin la necesidad de realizar otro

ensayo no destructivo.

Inspecci6n Radiogdfica

La imagen radiogrAfica se produce como consecuencia

de la propiedad de estas radiaciones de impresionar una

emulsibn fotogrAfica y de la distribucidn variable de la

intensidad de la radiaci6n que emerge del objeto

radiografiado, debido principalmente a las diferencias de

espesor o a la presencia de sustancias extrafias al

material que lo constituye en su consecuencia la

radiografia no es mAs que la materializacibn de una

sombra o "imagen radiogrhfica proyectada sobre una

pellcula fotogrhfica u otro medio de deteccibn, por un

objeto situado entre la pellcula y el foco emisor de la

radiaci6n.

Se utiliz6 una pellcula la pellcula D7:, y con un equipo

de radiaci6n SEIFERT de 300 Kilovoltios. Asl tambi6n se

coloc6 la junta soldada en el equipo de radiaci6n casi al

nivel del foco del sistema, se encero el instrumento, y se

expuso a 600 mmA/minutos con 200 Kilovoltios.

Tambi6n se coloc6 una plancha de plomo para evitar la

radiaci6n secundaria.

CIB--POL

Luego se procedi6 al tipo de bafio de la pelicula, las

cuales se encontraban en un estuche de plomo, para

evitar el paso de la luz con el fin de que no se velaran

las peliculas.

La tabla a continuaci6n nos muestra el procedimiento

del revelado empleado en este ensayo

TABLA 10

PROCEDIMIENTO DE REVELADO DE PELICULAS

Tipo de Baflo I Tiempoen minutoo 1 Revelador 4

Bafio de parada

Los siguientes ensayos solo sedn realizados para la8

0.5

Fijador

probetas 5, 7 y 8. Las razones para aquello sedn

4

La metalograna es una de las principales pruebas a

realizarse en la junta soldada, esta nos permite conocer

las posibles imperfecciones de la junta por medio del

estudio de la macroestructura de esta. De manera

complementaria tomando en consideraci6n la

microestructura podemos llegar a conocer el

comportamiento del tamafio de grano a lo largo de toda

la junta esto es, en el metal soldado, en la zona afectada

por el calor y en el material base, lo que nos dard una

idea del tipo de transformaciones microestructurales que

se hicieron presente en la ejecuci6n del proceso de

soldadura.

Se preparan entonces las probetas que fueron cortadas

de forma manual en las secdones de la probeta, para

luego de esto ser anaf idas en el microscmpia y tomar

la correspondiente fotografla de taf manera que exista

un registro de aquello. Se realiza un desbaste grueso

con lija de cinta No. 180, pasando al desbaste medio

utilizando lija de agua No. 220, 320, 400, 600 para

realizar luego un pulido final en una pulidora de disco

con paAo tipo MOL, y empleando pasta de 6xido de

aluminio (alumina tip0 N) como abrasivo sobre un paRo

tip0 DUR, el procedimiento empleado a las probetas

para la macrofotografla y a las de Microestructura.

En las muestras utilizadas en la macrofotografla se

ataca con el mismo reactivo por un tiempo ente 30 y 40

segundos, la macrofotografia fue realizada con un

aumento de- SOX en el macroscopio ESTEREO WILD

Figura 2.22, 2.23, 2.24.

Flgura 2.22 Muestra de Probeta 5

Figura 2.23 Muestra de Probeta 7

Figura 2.24 Muestra de Probeta 8

Para la micografia se efectda un pulido con pasta de

diamante tipo B obteniendo una superficie sin fallas, y

luego proceder al ataque quimico del material con el

reactivo NlTAL al3%, el cual es un Bcido, con un tiempo

de exposici6n de aproximadamente 3 segundos, para

ser inmediatamente secado, de esta forma queda lista la

probeta para ser analizada en el microscopio OLIMPUS

PME, donde se realiza un barrido a toda la

microestructura con un aumento de 800X figura 2.25.

La dilucidn es un pardmetro que nos permite cuantificar

el porcentaje de fusibn, la superficie que se consigue en

el proceso al depositar material de aporte sobre el

material base da como resultado ciertas propiedades o

dimensiones deseadas. Probablemente la llnica gran

diferencia entre la soldadurn de una junta y el material

depositado es concerniente a la dilWn. La figura 2.26

muestra la diluci6n como una funci6n de la cantidad de

metal base fundido C y B mientras que por otra parte

esta la superficie del metal base adherido A. Entonces

podemos concluir que las propiedades de la superficie

del material son fuertemente influenciadas por la

diluci6n.

Figura 2.26 Diluci6n entre A -B y A-C

Es importante conocer el efecto de cada electrodo a

utilizar asi como tambien las variables de 10s pardmetros

de soldadura que afectan a la diluci6n.

Las dimensiones geometricas de 10s cordones de

soldadura, tal como la penetracih, el drea del cord6n

fueron directamente obtenidas midiendolas sobre cada

una de las muestras.

En este caso por tratarse de una junta a tope con bisel

entonces la f6rmula para calcular la diluci6n seria la

siguiente :

Por otra parte el calor suministrado es calculado

mediante la siguiente ecuaci6n:

H = V l donde; H es el calor suministrado (Jlmm.)

S V es el voltaje (volt)

I es la corriente

S es la velocidad de soldadura

La tabla 10 muestra 10s diferentes porcentaje de dilucibn

de las diferentes probetas y estableciendo una relacibn

entre esta ultima, el calor aportado y la zona afectada

por el calor.

TABLA 11

PORCENTAJE DE DILUCI~N Y CALOR APORTADO

Calor (Joule hnm) 1809,5 1681,5 1837,2

No. Muestra

M5 M7 M8

Diluci6n (%)

355 30,4 39,7

2.3.6 Ensayos de Tracci6n

Las tensiones normales son aquellas que tienden a

separar dos secciones adyacentes y tienden a alcanzar

un valor critico para el cual se producen las decohesidn

del material, las tangenciales tienden a generar

deslizamiento entre secciones.

Del estudio de la resistencia de 10s materiales se

obtienen fdrmulas y metodologias que permiten calcular

en base al estado de cargas aplicadas, las tensiones

correspondientes a cada punto, es decir el estado de

tensiones del cuerpo. Luego para poder establecer la

resistencia o no del cuerpo hace falta valores

caracteristicos del material para poder comparar las

tensiones aplicadas al material con las que este puede

CIB-=POL El ensayo de traccidn permite obtener para el material,

entre otras caracteristicas, la tensidn normal m4xima

que soporta y fundamentalmente la tensidn normal en

que el material deja de comportarse ekticamente,

caracterlstica primordial en el dlculo basado en la

resistencia de materiales. Pero ademas este ensayo

permite determinar las principales caracterlsticas de un

material: resistencia, comportamiento, ductilidad,

fragilidad, alargamiento, estricci6n.

El esfuerzo de tracci6n es el mas sencillo de aplicar a

una probeta pues s61o se trata de aplicar una carga axial

sobre la misma, obteni6ndose la tensi6n

correspondiente simplemente como el cociente entre la

carga aplicada y la secci6n.

6 = PIQ

Mediante este simple metodo se puede caracterizar a un

material obtenihdose tensiones a caracterlsticas de su

comportamiento que son aplicables a 10s dlculos

correspondientes a cualquier solicitaci6n mas compleja

que involucre tensiones normales.

Caracteristicas del Ensayo de Tracci6n

- Diagramas Carga - Alargamiento

El diagrama que se obtiene del ensayo de forma

directa mediante un registrador X-Y lleva el

registro de cargas en el eje vertical y el

alargamiento en el eje horizontal. La correcta

programaci6n de las escalas del registrador

permite obtener gr&ficos que detallen con claridad

10s comportamientos que m h adelante se

describen. Se obtienen generalmente sobre papel

milimetrado para facilitar las determinaciones y

dculos posteriores.

Figura 2.27 Diagrama Tensi6n - Deformaci6n

Figura 2.28 Geometrla de Probeta

Donde:

Ic : Longitud calibrada

I, : Longitud de referencia previa a ensayar

I : Longitud de referencia luego de la rotura

Figura 2.29 Muestra de traccidn de probeta 5

TABLA 12

RESULTADO DE LOS ENSAYOS DE TRACCION

Carga

Mdxima

(KN) 79,11

81,lO

80,60

78,60

79,W

79,40

Fuem

(Lbf)

17784,63

18232,OO

181 19,60

1 7664,98

1 7962,23

17849,83

Esfuerzo

mdxlmo

(PSI) 63744,08

65347,55

64944,67

63333,14

64380,63

63977,75

Porcentaje de

elongaci6n(%)

223

23,3

21,7

22,2

23,2

23,3

2.3.6 Ensayos de Doblado

Las muestras fueron obtenido de la misma probeta,

donde se obtuvieron 10s especimenes para 10s ensayos

de traccidn, el tipo de doblado de acuerdo a lo

especificado por el cddigo AWS D 3,6 M fueron de cara

y de ralz

Figura 2.30 Muestra de doblado de probeta 5

A continuacidn en la tabla 11 se detallan 10s resultados

de las pruebas de doblado en las muestras de las

probetas # 5,7,8

TABLA tSasmt

RESULTADO DE ENSAYO DE DOBLADO

I No. de I ldentilcacl6n de I AceptacUn I muestra

5

7

8

la probeta

Ralz 1

Ralz 2

Cara 1

Cara 2

Ralz 1

Raiz 2

Cara 1

Cara 2

Ralz 1

Ralz 2

Cara 1

Cara 2

Aceptado

Aceptado

Aceptado

Aceptado

Aceptado

Aceptado

Aceptado

Aceptado

Aceptado

Aceptado

Aceptado

Aceptado

2.3.7 Ensayo de Dureza:

La dureza es la capacidad de un material de rayar a

otro, sin ser rayado por este.

Un valor de dureza obtenido por cualquier metodo, no

puede aplicarse directamente al diseAo mednico (como

ocurre con la tensi6n lirnite), ya que no representa un

significado intrinseco del material sino que solo permite

establecer comparaciones de esta propiedad (siempre y

cuando 10s valores hayan sido obtenidos, por el mismo

metodo y bajo las mismas condiciones)

No es una propiedad fundamental sino que esta

relacionada a las propiedades elasticas y plasticas del

mismo. El tratamiento termico de un material suele

producir variaci6n en su dureza. Los metodos mas

comunes para medir dureza, es por medio de un

dur6metro el mismo que esta bajo la escala Brinell o

Rockwell, o ambas. En ambas escala se aplica un

penetrador el cual es aplicado con una esfera dura o un

diamante dependiendo de la escala. El penetrador es

aplicado en la superficie a la cual se mide la dureza

mediante una carga estandarizada, la penetracidn es

medida y luego se hace referencia con una tabla de

dureza. Las muestras empleadas en la metalograffa, son

utilizadas en este ensayo realizando un barrido a cada

una de las muestras es decir a la muestra 5,7 y 8

Los valores son comparatives Onicamente si

corresponden a la misma escala, por lo tanto 10s

CIB-EBPOL Los resultados obtenidos fueron en la escala Rockwell

8, y se realizd un promedio de las zonas para obtener el

grAfico de dureza con relacidn a las secciones de la

muestras.

A continuacidn se muestran las tablas de 10s resultados

del ensayo de dureza para las muestras soldadas

TABLA 14

RESULTADO DE ENSAYO DE DUREZA

Muestra de probeta 5

Seccidn

Muestra de probeta 7

Dureza HRB

Material base 79,89

CIB-E8POL Secci6n

Material base

Muestra de probeta 8

Dureza HRB

75,06

Material de aporte

1 Seccidn I Dureza HRB I

93,25

Material base 72,l

Material de aporte 81 ,OO

3. ANALISIS DE RESULTADOS

En este capltulo, se procede entonces a analizar aquellos datos y

resultados que se pudieron obtener en las 2 experiencias, por lo que se

hard mucho dnfasis en aquellos resultados obtenidos en la practica de

taller por ser estd Oltima la que en mayor medida aporto con informaci6n

para el desarrollo de este estudio.

El procedimiento a seguir para este analisis esta basado en la

comparaci6n de datos y resultados de las diferentes probetas en funci6n

a 10s cambios efectuados a aquellas variables que 10s controlan. Para

esto se requerird en algunos casos de tablas que nos permitan elaborar

esta cornparacb, de igual manera se recurrird a el uso de grdficos con

la finalidad de que el lector puede entender de mejor manera las

opiniones vertidas en esta parte del trabajo.

A continuaci6n se detallan 10s andlisis de resultados

Ins~ecci6n visual de wobetas eiecutadas en ~iscina

Las probetas ejecutadas en la prdctica de piscina mostraron defectos

fdcilmente apreciables en cada una de ellas, que van desde

socavaduras, sobremonta, falta de penetraci611, hasta una cantidad

excesiva de crdteres en 10s cardones de soldadura que diflcilmente

pasarlan cualquier criterio de aceptaci6n de cualquier c6digo de

soldadura existente. Sin embargo y aunque la cantidad de debctos fue

considerable, se not6 una disminuch de e&os a medida que se fue

desarrollando la prdctica tal como se puede apreciar en la figura 3.1.

I

r en piscina (Inicio y Final)

Datos ~romedio de taller

En la tabla 15, que corresponde a 10s resultados promedios obtenidos de

la practica de taller, podemos apreciar que la corriente promedio utilizada

para esta experiencia oscil6 entre 147 amperios a 158,3 amperios, de

igual manera el voltaje vari6 entre 30 voltios a 31,5 voltios, por otra park

la velocidad de avance que puede ser considerada baja estuvo entre 2.4

TABLA 15

RESULTADOS PROMEDIO DE PRACTICA DE TALLER

Ins~ecci6n visual en probetas de taller

La soldadura presentes en la en las probetas realizadas en taller por el

soldador, mostraron un mejor acabado que aquellas realizadas por el

buzo en piscina tal como indica la figura 3.2

I

Flgura 3.2: Probeta 7 ejecutada en taller

as probetas ejecutadas en taller fueron sometida a una inspecci6n

visual en funcibn al criterios de aceptacibn del c6digo AWS D 3.6 M para

la soldadura clase 6 como lo indica en el articulo 8.9 del c6digo en

mencibn. A continuacibn se detallan estos criterios de aceptacibn:

- Toda soldadura debe estar libre de cualquier fisura.

- Debera existir completa fusibn entre la soldadura adyacente al cord6n y

una total penetracibn entre el metal de soldadura y el metal base.

- Todo crater debera ser rellenado

- El perfil de la soldadura debera ser acorde con la figura 3.3

Figura 3.3: Perfil de soldadura aceptado para junta a tope

La suma de 10s didmetros de 10s poros, 10s cuales excedan 10s 1.5 mm,

no deberdn exceder 10s 10 mm en cualquier llnea de 25mm de

soldadura

La socavadura no deberd exceder 10s 1.5 mm de profundidad con las

siguientes excepciones. La socavadura tbrmica superior a 1.5 mm

per0 no mayor que 3 mm o el 20 por ciento del espesor del metal base

en profundidad cualquiera sea menor, deberd ser permitido, si esta no

excede 10s 10 mm de longitud y debe estar separada con un mlnimo de

150 mm de la socavadura adyacente que es mds profunda que 1.5 mm.

La mdxima socavadura entre 0.8 mm y 1.5mm en profundidad no debe

exceder 10s 100 mm en cualquier soldadura continua de 300 mm. La

socavadura menores a 0.8 mm de profundidad deben ser aceptadas

fuera de restricci6n.

- Cuando la superficie de la ralz estii presente y es accesible. Una junta

con penetraci6n incompleta esu limitado a 3 mm mdximo de

profundidad y 100 millmetros mdximo de longitud en cualquier cord611

continuo de 300 mm. En la soldadura clase B son frecuentemente

utilizados para soldadura a filete y a tope 10s respaldos por lo tanto la

superficie de ralz no puede ser vista.

Se procede entonces a la aceptaci6n de las probetas de taller en funci6n

al 10s criterios antes indicados.

Ins~ecci6n radioardfica:

De igual manera se utiliz6 el criterio de aceptaci6n de para una

inspecci6n radiogrdfica de una soldadura clase B descrito en el presente

c6digo en el articulo 8.10 estos son:

La soldadura debe estar libre de fisura.

Los poros dispersos en un rango de tamafio de 1.5 mm de didmetro a 5

mm de didmetro no deberdn exceder de 7 por llnea de soldadura de 25

mm por 25 mm de espesor de soldadura.

El mdximo tamafio de poro no deberd exceder 10s 5 mm

Los poros menores que 1.5 mm en didmetro no deberdn tener

restricciones en numero.

El mdximo ancho de inclusi6n de escoria no deberd exceder 10s 3 mm.

La maxima longitud de cualquier escoria no deberd exceder 10s 50 mm.

- El total de longitudes de inclusiones de escoria entre 0.8 mm y 3 mm de

ancho deberdn no exceder 10s 100 mm en cualquier soldadura continua

de 300 mm.

- Las inclusiones de escoria adyacentes mayores que 0.8 mm de ancho

deberdn estar separadas por 5 mm mfnimo.

- Una imagen de drea que indique una inadecuado relleno en la rafz de

la junta debera no tener una densidad radiogrdfica mayor que la del

metal base, y para este prop6sit0, la mMma altura de la cara del

refuerzo debera no exceder 10s 3 mm, a menos que exista una

aprobaci6n especificada por el cliente.

- La maxima longitud continua de cualquier singular defecto debera no

exceder el espesor del material base, y la muima longitud acumulaci6n

total de longitud de todos 10s defectos no deberan exceder 10s 100 mm

en 300 mm de longitud de soldadura.

- El defecto de fusi6n incompleta que aparecen de manera continua de

un cord6n o pase a la siguiente son inaceptable sin considerar la

longitud.

- La imagen de area que indique un rechupe en el cord6n debera no tener

una densidad radiografica mayor que la del metal base. Para el prop6sito

de esta medida, la maxima cara de refuerzo debera no exceder 10s 3

mm, a menos que sea especialmente aprobado por el cliente.

- La longitud total de la acumulaci6n de las discontinuidades debera no

exceder 10s 100 mm en 300 mm de longitud de soldadura.

En la tabla 16 mu&m I r aceptaci6n o rechazo de las probetas

realizadas en taller en funcidn de las peliculas radiogrdfica de este

ensayo figura

TABLA 16

RESULTADOS DE LA INSPECCION RADIOGR~~FICA

Aceptado o Rechazado

RECHAZADO

No. de probeta

Probeta 3

Probeta 4

Probeta 5

Probeta 6

Probeta 7

Probeta 8

Tipo de

defecto

C

C

C

C

C

C

RECHAZADO

RECHAZADO

RECHAZADO

RECHAZADO

RECHAZADO

Aa- Porosidad

Ab- Burbujas tubulares

Ba- lnclusiones de forma y orientacidn variada

C- Falta de fusidn (falta de penetracidn) CIB-ZC8POL

F- Mordeduras o socavacidn

- En las probetas 3 ,4 y 6 se puede apreciar una fusidn incompleta a lo

largo de todo el cord6n de sddadura en forrna de Iinea recta, no se

logra apreciar ni poros, ni incusiom de escoria.

La probeta 5 muestra fusidn incompleta en pequeflos tramos al inicio

de hasta 2 mm de ancho y poco antes de Ja terminacidn del corddn de

soldadura de manera muy marcada la misma que tiene un

comportamiento paralelo a la alineacidn de la junta, no se puede

apreciar mds defectos.

En la probeta 7 se puede apreciar fusidn incompleta muy delgada a

partir de la mitad del corddn esta aparece y desaparece a la largo de la

longitud restante, siguiendo un patrdn perfectamente lineal y paralelo a

la alineacidn de la junta, no se puede apreciar mds defectos.

- La probeta 8 muestra un fusidn incompleta de aproximadamente 23

mm de longitud y de 1,5mm de ancho a unos 360 mm de iniciado el

corddn, a pocos milimetros despu6s y poco antes de la terminacidn del

corddn aparece una muy delgada falta de fusidn perfectamente

alineada con la junta de aproximadamente 30 mm de longitud.

- En funcidn a estos resultados se decide entonces trabajar en 10s

siguientes ensayos con las probetas 5, 7,8, para esto se proceded a

obtener las muestras de aquellas partes que no evidenciaron defectos

en las radiografias

Ensavo metaloarAfico: cxE4-EsPoL

Los ensayos metalogrAficos realizados a las muestras de las probetas

5,7,8 son sujetas al criterio de aceptacidn de el cddigo en mencidn para

la clase de soldadura tip0 B. A wntinuacidn se las detalla.

- La escoria y la porosidad no deben exceder el 5% de la superficie del

Area , y la mAxima dimensidn de cualquier discontinuidad no deb&

exceder de 2mm. Las indicaciones lineales de 1.5 mm y menores son

aceptables cuando estas estdn asociadas con una raiz de penetracidn

parcial y un respaldo en una junta a tope, la que serA representada por

una indicacidn linear separada por al menos 3 mm.

- En las figuras 2.22, 2.23 y 2.24 presentan en su corte transversal una

buena fusidn entre 10s pases de soldadura y al igual que con el material

base, no se evidencia la presencia de a l g h tipo de discontinuidad por

lo que el criterio de aceptacidn fue favorable para las tres muestras

- Se pudo apreciar un cambio muy marcado en la microestructura del

material entre el material fundido, la zona afectada

material de base tal como muestra la figura 2.25.

- En la regidn del metal fundido se pude apreciar una micoestructura muy

fina de ferrita producto de la alta temperatura que alcanzd esta regidn.

- En la subregidn de zona afectada por el calor pero muy cercana al

material fundido se pudo apreciar un crecimiento de grano considerable

producto de las altas temperaturas y velocidades de enfriamiento

experimentadas.

- El material base mantienen su microestructura inalterable, lo que

evidencia que la temperatura alcanzadas nunca sobrepasaron la menor

temperatura de transformacidn .

Diluci6n v calor a~ortado:

- En lo que respecta al porcentaje de diluci6n en la tabla 11 se muestra

en 10s valores alcanzado que este vario desde 39.7% a 30.4%,

mientras que el calor aportado lo hizo desde 1837, 2 Joule Imm hasta

l68l,5 Jouldmm.

- La aporte m8s alto correspondi6 a la probeta 8, la misma que poseia la

corriente promedio mds alta de 158,3 amperios y una velocidad de

avance de 2,7 mdseg.

- El aporte de calor m8s bajo, no correspondi6 a aqu ta con la

corriente promedio mas baja de las tres con 152,5 amperios, per0 si a

la que posela la velocidad de avance mayor es decir la probeta 7.

- Como se aprecia en la figura 3.4 10s prcentajes de diluci6n fueron

mayores en aquella muestra donde la probeta a la que correspondia

experiment6 un mayor aporte de calor esto es, en la probeta 8, de igual

manera, el menor porcentaje de diluci6n correspondi6 a aquella

muestra perteneciente a la probeta que soport6 un menor aporte de

calor es decir la probeta 7.

Ensavo de tracci6n:

- En 10s resultados de 10s ensayos de tracci6n de la tabla 12 se pudo

obsetvar que exactamente todos las muestras fallaron en el material

base a un esfuerz6 mdximo entre 63333 psi a 65347 psi, todos estos

esfuerzos mayores al del material base como lo es el ASTM A 516.

- Esto evidencia que las altas velocidades de enfriamiento al igual que

las continuas extinciones del arco no mermaron de manera

considerable la resistencia del material base.

Ensavo de doblado:

Los resultados de 10s ensayos de doblado fueron favorables es decir

las muestras ensayadas no fallaron al momento del ensayo, no

tampoco mostraron indicios de fisura tanto en la cara como en la raiz,

tal como indica la tabla 13.

Ensavo de dureza:

Tal como indica la tabla 14 se aprecia lo siguiente: CIB-BCSPOL

- En el material fundido la dureza se mantuvo entre valores de 93,25 HRB

hash 81 HRB donde la muestra de mayor valor pertenece a la probeta 7

- En la zona afectada por el calor el valor de dureza se mantuvo en le

ran0 de 89 HRB hasta 79,05 HRB cuyo valor mayor estuvo en la

muestra perteneciente a la probeta 5 y 7.

- El valor de dureza en el material, vari6 desde 79,89 HRB hasta 75,06

HRB, siendo la de mayor valor aquella muestra perteneciente a la

probeta n~imero 5.

- En la figuras 3.5, 3,6 y 3.7 se aprecia el comportamiento de la variad6n

de la dureza con respecto a la regi6n de la muestra, se observa que 10s

mayores valores de dureza pertenece a aquellos resultados obtmihs

de la regidn fundida, luego le sigue 10s valores obtenidos en la zona

afectada por el calor y por ultimo 10s obtenidos en el material base.

- El crecimiento del tamano en aquella subregi6n de la zona afectada por

el calor mas cercana al material fundido es considerable, es aqui donde

se deberia encontrar el mayor valor de dureza de las muestras, sin

embargo por ser este una zona muy pequena, debemos asumir que 10s

valores obtenidos de la zona afectada por el calor no corresponde a esta

subregi6n.

Dureza Vs Seccidn Transversal de Junta

Metal base Zac Metal fundido

Secci6n Trasversal de Junta

Figurn 3.5: Dureza Vs Seccibn transversal de Junta (muestra de probeta 5)

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se concluye lo siguiente:

1. Aun en presencia de elevadas tasas de enfriarniento y en un rnedio

corno el agua, se consiguieron juntas soldadas en acero de bajo

carbon0 sin que en ellas se formen rnicroestructuras rnartensiticas.

2. Fue posible la ejecucidn de juntas soldadas con el proceso de

electrodo revestido bajo el agua, elirninando por cornpleto el principal

defect0 cornunrnente encontrado en la soldadura hurneda y

responsable de su limitado desarrollo como lo es la fisura asistida por

hidr6geno.

3. La poca fluidez del metal fundido en este medio y las rhpidas

extinciones causadas por el agua en el cord6n de soldadura, provoc6

la falta de penetraci6n en las juntas, lo que impidi6 la calificacibn de la

soldadura clase B de acuerdo con el c6digo AWS D3.6 M.

4. Una adecuada selecci6n de 10s parhmetros electricos, apropiado

disefio de junta, y una velocidad de avance lenta, son importantes

para garantizar el aporte de calor requerido en presencia de las altas

velocidades de enfriamiento, de tal forma de conseguir una soldadura

con buena penetraci6n

5. Considerando la poca preparaci6n del soldador y tomando en cuenta

10s resultados favorables en la mayoria de 10s ensayos realizados; se

rompe el paradigma de asociar a la soldadura humeda, con una

soldadura pobre y deficiente, esto crea interesantes expectativas para

el desarrollo de la soldadura humeda en nuestro pais tanto en el

campo petrolero como en el sector naval.

A continuaci6n las recomendaciones:

1. Es importante realizar una experiencia previa en superficie con el buzo

Isoldador que piensa ejecutar el trabajo en el mar como una medida

de seguridad y de adiestramiento, procurando en lo posible trabajar

con 10s mismos parametros o condiciones con 10s que se va ha

trabajar bajo el agua.

2. Es recomendable utilizar una longitud de arc0 menor al diametro del

electrodo para asegurar una estabilidad en el arc0 de soldadura.

3. Dependiendo de la posici6n de soldadura a ejecutar hay que

considerar la posibilidad de contener de manera temporal la

respiraci6n mientras se tiene el arc0 abierto, ya que la respiraci6n

normal del buzo genera tambien burbujas que pueden causar

turbulencia o impedir la adecuada visibilidad al soldador; salvo que se

cuente con equipo militar destinado a no producir burbujeo.

4. En caso de requerir de una tecnica de oscilaci6n esta debe ser lo mas

pequeAa posible y debera ser aun menor cuando las corrientes

marinas Sean considerables.

5. Hay que considerar que a mayores profundidades el arm de

soldadura cambia su comportamiento a medida que esta aumenta el

arc0 de soldadura se reduce y 10s electrodos rinden menos lo que

provocard seguramente mayor cantidad de paradas y reinicios de arc0

y por ende mayor probabilidad de defectos en la soldadura.

6. La abertura de raiz en la junta en muchos casos es la unica gula que

tiene el buzo soldador, esta debe permanecer a la vista para evitar

que el cord6n de soldadura se salga de la junta. Sin embargo esta

abertura no se recomienda sea mayor a 2mm para un didmetro de

electrodo de 3.25 mm, por la dificultad de poder mantener un arm

estable.

7. Se recomienda para juntas a tope con bisel, reducir el bisel a lo

minimo posible acorde con del didmetro del electrodo como se lo hizo

en la prdctica de taller, esto hard disminuir considerablemente la

oscilaci6n del electrodo tan perjudicial en la soldadura humeda.

8. Se recomienda la correcta preparaci6n de la junta para la soldadura

humeda orientada a facilitar el ingreso del metal fundido, considerando

que un medio como el agua le resta fluidez al charco de soldadura,

este aspect0 es esencial para reducir 10s problemas de falta de

penetraci6n en la junta.

9. Los parhmetros de soldadura deben ser cuidadosamente

seleccionados, estos deben establecer un buen arc0 de soldadura y el

calor suficiente para que el metal fundido no se extinga rhpidamente

CIB-E8POL

10. La habilidad del soldador es fundamental para el $xito de la soldadura

humeda, es necesario que el buzo como minimo cumpla con 10s

requerimientos de una calificaci6n en superficie. Hay que considerar

que la condiciones bajo el agua para ejecutar una soldadura son

siempre mhs adversas que las realizadas en superficie, de ahi la

importancia de la tecnica adecuada, destreza y experiencia que posea

el personal que la ejecuta.

11.Se recomienda que este trabajo sirva de base para una futura

experiencia orientada a la calificaci6n de un procedimiento de

soldadura ( clase B) de acuerdo al c6digo AWS D 3.6 M

1. Corte v Soldadura Subacuatica [I" Edicidn ) pp.1-5, 46-47, 52-

56,61,68-69.

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